В производстве композиционных материалов

НАЗИПОВА Ф.В., КНИТУ, г. Казань

Науч. рук. д-р техн. наук, профессор САФИН Р.Р.

Древесина может сочетаться с неорганическими и полимерными материалами для производства композитных изделий с уникальными свойствами. Композиты, изготовленные из древесины и других недревесных материалов, создают огромные возможности, чтобы соответствовать требованиям конечного использования производимого продукта. Выпускаемые в настоящее время древесно-минеральные композиционные материалы широко применяются в строительстве, но обладают рядом недостатков (недостаточно высокая прочность древесно-цементных композитов в связи с пониженной адгезией цемента к древесному наполнителю; технологические трудности, связанные с преодолением действия «цементных ядов»).

Были проведены экспериментальные исследования по обработке измельченной древесины. Опыты проводились в дистиллированной воде и в слабом растворе щелочи. Процесс обработки интенсифицировался при помощи ультразвука. Исследования проводились двумя способами. Первый способ характеризовался использованием древесной муки из древесины сосны (размер частиц около 125 мкм). В роли реагента использовался водный раствор гидроксида натрия концентрацией 2 % и
4 %. Обработка производилась в универсальной ультразвуковой установке (частота излучения – 40 кГц) в течение 30 мин при температуре 60 °C. После древесную муку фильтровали и промывали от гидроксида натрия и высушивали в течение 12 ч при 80 °C.

Второй способ характеризовался использованием измельченной древесины сосны. В качестве агентов обработки применялись вода и водный раствор щелочи концентрацией 4 %. Обработка древесины проводилась аналогичным образом в ультразвуковой ванне в течение 15, 30 и 45 мин при температурах 20, 50 и 80 °C. После варки древесина промывалась от щелочи. Массовая доля выделенных из древесины веществ рассчитывалась в процентах как отношение изменения массы древесных частиц в абсолютно сухом состоянии к массе абсолютно сухой древесины.

По результатам испытаний был сделан вывод о том, что при обработке древесины 4 %-м раствором щелочи удаляется более 36 % лигнина и гемицеллюлозы. При помощи ультразвука может быть удалено до 45 % этих компонентов, массовая доля экстрагированных веществ увеличивается с увеличением температуры и продолжительности обработки в среднем на 43 % при обработке с ультразвуком.

Результаты подтверждают, что комбинация химической обработки древесины и ультразвукового воздействия является более эффективным инструментом в улучшении механических свойств композитов.

Представленная работа выполнялась при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – докторов наук (МД-5596.2016.8).

УДК 537.5

КАРБИД КРЕМНИЯ И ЕГО ПОЛУЧЕНИЕ

ПРИ ПОМОЩИ ПЛАЗМЫ

ПРИВАЛИХИНА К.К., БОЛОТНИКОВА О.А., НИ ТПУ, г. Томск

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ПАК А.Я.

Карбид кремния – тугоплавкое, химически стойкое, твердое вещество, обладающее полупроводниковыми свойствами, является редким веществом на Земле, однако оно широко распространено в космосе. Это вещество находится в пылевых облаках вокруг богатых углеродом звезд, также его содержание высоко в метеоритах. Природный карбид кремния – муассанит – можно найти только в ничтожно малых количествах в некоторых типах метеоритов, поэтому в основном он искусственного происхождения.

Широкое распространение для получения новых веществ получили плазменные электротехнологические установки. Электропитание таких установок для генерации плазмы в основном осуществляется от установок постоянного тока, доля которых в мире – 87 %. Однако такие установки имеют ряд недостатков: влияние полярности подключения источника питания на процесс осуществления переноса массы с одного электрода на другой, сложность реализации равномерного распределения параметров плазмы, сложность в распространении и удержании плазменного факела в значительном объеме части объема реактора, необходимость контроля состава и давления газовой среды реактора, относительно высокое энергопотребление.

Возможным подходом, позволяющим решить рассматриваемые затруднения, может быть генерация плазмы с использованием графитовых электродов. Это может теоретически позволить повысить значения температур в плазменном факеле (до 10–12 тыс. градусов) при сравни-тельно небольших значениях тока (100–200 А). По этой причине проведение экспериментальных исследований электрической дуги постоянного тока между графитовыми электродами представляется весьма актуальной задачей, в частности с применением современных источников электропитания.

Для исследования процесса генерации углеродной плазмы была создана простейшая экспериментальная установка с использованием графитовых электродов, которые были подключены к источнику электропитания постоянного тока со встроенным преобразователем частоты (Condor Colt 200) и максимальным рабочим током до 200 А. Данный источник позволяет плавно регулировать уровень тока в диапазоне от 20 до 200 А. Напряжение холостого хода составляет 62 В. Схематически экспериментальная установка представлена на рисунке.

Устройство экспериментальной установки

В электродах было проделано отверстие, в которое был засыпан порошок кремния. Один из электродов был закреплен неподвижно и подключен к минусовой клемме источника питания, второй электрод – подвижный, подключен к положительной клемме.

Эксперимент проведен для различных значений уровня тока,
от 20 до 200 А, а также в разных системах подключения электродов: «острие – острие», а также «острие – плоскость». В ходе эксперимента было замечено, что электрод, подключенный к положительному заряду, значительно выгорает, а на отрицательном происходит осаждение порошкового материала. Полученное вещество было проанализировано под электронным микроскопом, а также с помощью рентгеновского излучения. Результаты показали, что полученное вещество содержит кубический карбид кремния. Данный продукт был получен при токах около 150 А.

В рассматриваемой работе описан успешный эксперимент по получению кубической фазы карбида кремния при помощи электрической дуги. Благодаря уникальным сочетаниям свойств карбида кремния, электронных, механических и физико-химических, его можно использовать в качестве материала для широкого диапазона устройств и датчиков в разных сферах деятельности.

УДК 539.2