Forskare vid MISIS University och Skoltech har utvecklat en teknik för tillverkning av ett nytt kompositmaterial baserat på shungit och kolfibrer i en grafitmatris. På grund av kombinationen av låg densitet, hög hållfasthet och kemisk stabilitet vid förhöjda temperaturer kan den användas för att producera bränsleceller, superkondensatorer och nästa generations flygplansmotorkomponenter. Verket publicerades i Polymers .

Kompositer med kolfyllmedel används ofta i modern industri. De kan användas för produktion av enheter och utrustning som arbetar under extrema förhållanden, på grund av deras unika egenskaper - hög kemisk och temperaturbeständighet. Till skillnad från tunga eldfasta metaller som lätt oxideras vid förhöjda temperaturer, har kolmaterial exceptionell hög temperaturbeständighet och låg vikt. Samtidigt varierar egenskaperna hos olika kolmaterial mycket – från diamant till grafit.

Materialforskare utvecklar nu en ny klass av kompositer som består av olika kolförstärkande fyllmedel i en grafitmatris som erhålls genom karbonisering, d.v.s. omvandling av en polymer till ett kolmaterial.

Forskare från MISIS University och Skoltech har presenterat tekniken för snabb och ekonomisk produktion av en sådan komposit och identifierat de optimala parametrarna för värmebehandling för att uppnå bästa prestanda i termer av "sprickbeständighet" - det vill säga motstånd mot initiering och spridning av sprickor som till stor del bestämmer hållfastheten för spröda och nästan sköra material.

Kompositsyntesprocessen liknar att "baka" en "deg" gjord av en elastomer (en mjuk polymer av gummityp) förstärkt med en "fyllning" vid flera temperaturer över 180ºC. Den korta kolfiber som ofta används som "fyllning" är dock ganska dyr och dess tillgängliga volym är begränsad. Därför importerades de korta kolfibrerna i det nya materialet delvis med shungit. Shungite är en unik prekambrisk bergart bestående av nästan 100 % kol som först upptäcktes i Ryssland.

Resultatet av bearbetningen är anrikningen av den ursprungliga produkten med kol åtföljd av samtidig omstrukturering. Den lättformade polymeren omvandlas därigenom till en av de mest stabila kolföreningarna, såsom grafit eller diamant. Med tanke på den unika styvheten hos dessa material är det nästan omöjligt att bearbeta nödvändiga delar av grafit eller diamant.

"Syftet med denna studie var att optimera förkolningsprocessen för att öka sprickmotståndet beroende på bearbetningstemperaturen och den initiala blandningens sammansättning, nämligen volymfraktionen av förstärkningsfaserna. Ett noggrant urval av förhållanden gjordes för att få de högsta värdena av den kritiska stressintensitetsfaktorn i prover som karboniserats vid en temperatur på 280 grader Celsius", säger Alexey Salimon, Ph.D, medförfattare och chef för institutionen för fysikalisk kemi.

Forskarna förväntar sig att de erhållna materialen kan användas för tillverkning av nyckeldelar av bränsleceller (anordningar för direkt omvandling av bränslets kemiska energi till elektrisk energi utan förbränning), komponenter i kemiskt resistent utrustning, komplex pumputrustning för oljeproduktion på rekorddjup och under de svåraste förhållandena (sand, svavelväte, temperatur över 200 grader Celsius). Ett annat lovande område för användning av nya material kommer att vara att skapa en ny generation av flygmotorkomponenter. + Utforska vidare

Forskare utvecklar ny process för att tillverka extremt värmebeständiga kol-kol-kompositer