Пироуглерод

Пироуглерод — продукт разложения углеродсодержащих соединений на горячих поверхностях. Может быть получен при пиролизе этих соединений в конденсированной фазе. Однако, более распространен метод осаждения из гомогенно или гетерогенно разлагающихся газов и паров. Понятие пироуглерод объединяет различные материалы, отличающиеся структурой и свойствами, но «родственные» только по принципу получения их из парогазовой фазы.Пироуглерод — монолитное углеродное тело, образующееся на нагретых каталитически неактивных поверхностях.

Углеродные нити имеют форму цилиндрических игл или волокон, дина которых на несколько порядков превышает их диаметр. Углеродные нити получают на каталитически активных участках поверхности, представляющих собой либо участки, содержащие атомы металла, прежде всего Fe,
либо места дислокаций.

Известны 2 основных вида пироуглерода, структура и свойства которых определяется температурой образования:

  1. Низкотемпературный – 1000-1200 °C;
  2. Высокотемпературный – 1400-2200 °C.

Полученный в интервале 1500-2500 °C при концентрации метана 15% пироуглерод, состоит из конусов роста (пироуглеродная или слоистая структура). Изотропный углерод (сажа + хаотично слоистая структура). Переходный вид, содержащий области слоистых образований и изотропного углерода.
При газофазном осаждении образуется, как правило, пироуглерод, состоящий из конусообразных фрагментов. Он может иметь как четко выраженную форму глобулярной структуры, так и микроструктуру.

Особенностью пироуглеродной матрицы является сильно выраженная анизотропия физико-механических свойств в слоистых глобулярных структурах по направлениям параллельными и перпендикулярным плоскости осаждения. Особенно это существенно для прочности на сжатие и КЛТР. В направлениях параллельных плоскости осаждения прочность на сжатие в 3-5 раз ниже, а КЛТР на порядок выше чем в перпендикулярном направлении.

Установка для газофазного осаждения.

Установка состоит из реактора, станции управления, системы подачи природного газа, системы вакуумирования, водоохлаждающей системы и силового электрооборудования.

Заготовка — углеродный каркас — устанавливается на графитовые нагреватели, зажатые между тоководами. После вакуумирования камеры в реактор подают природный газ. Нагрев осуществляется прямым пропусканием тока через нагреватель, контроль температуры — подвижными хром-алюминиевыми термопарами, размещенными в кварцевых чехлах. В начале процесса термопара устанавливается спаем у поверхности нагревателя и в ходе процесса перемещается. При принятой схеме уплотнения пироуглеродом фронт пиролиза смещается вместе с термопарой от центра заготовки к периферии по мере разогрева элементарных слоев или волокон до температуры разложения природного газа. При газофазном охлаждении пироуглерода критерием установившегося технологического процесса и достаточно надежным параметром оптимизации функции управления (процесса) является одна из основных
характеристик пироуглеродного материала — плотность.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007