Челябинские ученые нашли уникальный способ изготовления сверхпрочного графита
18 Декабря 2018
Фото: официальный сайт ЮУрГУ
Как сообщили авторы ноу-хау из Южно-Уральского государственного университета, его главная особенность — подготовка графитового порошка, который после штамповки обретает повышенную плотность и стойкость к сверхвысокой температуре и давлению.
— Наша технология может совершить прорыв в порошковой металлургии, — считает один из авторов разработки, доцент кафедры «Процессы и машины обработки металлов давлением» ЮУрГУ Марина Самодурова. — Она найдет применение в самых разных отраслях промышленности, где используются материалы с высоким содержанием углерода (не менее 99 % массы) с графитовой структурой. Они обладают уникальным набором химических, физических и механических свойств, которые делают их незаменимыми в черной и цветной металлургии, электроэнергетике и электротехнике, химии, машиностроении, атомной энергетике и ракетно-космической отрасли. К примеру, графитовые стержни атомных реакторов должны быть устойчивыми к самым экстремальным условиям.
Как считают эксперты, изделия, изготовленные с помощью этой инновационной технологии, найдут широкую сферу применения в электротранспорте и электротехнике. Углеграфитовые щетки для токосъемников троллейбусов и пантографов электровозов могут выдержать температуру свыше 700 °С.
Как пояснила Марина Самодурова, главный секрет технологии в выдержке гигроскопичного порошка, нагретого до 70-90 º, в течение 4-6 часов. Полимерная добавка за это время равномерно обволакивает частицы графита, причем из смеси выходит воздух, происходит самоуплотнение. А забираемая из атмосферы влага придает ей пластические свойства. Гранулоскопический состав частиц подобран так, что малые заполняют пустоты между крупными, что уплотняет порошок. Обычно мелкие частицы при нагреве поднимаются вверх, а в этом случае распространяются равномерно.
— Мы разработали компьютерную модель поведения частиц порошка в новых условиях, внесли в разработку необходимые коррективы, — подытожила Марина Самодурова. — Оказалось, наш метод позволяет еще и резко уменьшить себестоимость производства, снизить расход электроэнергии. Объем отходов при прессовании не превышает 2-5 %. Кроме того, технология требует меньших финансовых затрат, поскольку исключается операция высокотемпературного отжига. Это и решение проблемы налипания жидкой смолы на стенки матрицы: из смеси на выходе удаляются излишняя влажность и газы, а на твердых частицах смолы образуется защитный слой полимера толщиной в несколько микрон.
Как считают эксперты, изделия, изготовленные с помощью этой инновационной технологии, найдут широкую сферу применения в электротранспорте и электротехнике. Углеграфитовые щетки для токосъемников троллейбусов и пантографов электровозов могут выдержать температуру свыше 700 °С.
Как пояснила Марина Самодурова, главный секрет технологии в выдержке гигроскопичного порошка, нагретого до 70-90 º, в течение 4-6 часов. Полимерная добавка за это время равномерно обволакивает частицы графита, причем из смеси выходит воздух, происходит самоуплотнение. А забираемая из атмосферы влага придает ей пластические свойства. Гранулоскопический состав частиц подобран так, что малые заполняют пустоты между крупными, что уплотняет порошок. Обычно мелкие частицы при нагреве поднимаются вверх, а в этом случае распространяются равномерно.
— Мы разработали компьютерную модель поведения частиц порошка в новых условиях, внесли в разработку необходимые коррективы, — подытожила Марина Самодурова. — Оказалось, наш метод позволяет еще и резко уменьшить себестоимость производства, снизить расход электроэнергии. Объем отходов при прессовании не превышает 2-5 %. Кроме того, технология требует меньших финансовых затрат, поскольку исключается операция высокотемпературного отжига. Это и решение проблемы налипания жидкой смолы на стенки матрицы: из смеси на выходе удаляются излишняя влажность и газы, а на твердых частицах смолы образуется защитный слой полимера толщиной в несколько микрон.
