CC BY
17
УДК 661.17
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ НАНОМОДНФНКАТОРОВ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ
СОСТОВНЫХ ЧАСТЕЙ РАКЕТ
С. Е. Лоскутов, Д. Г. Болгов, Н. П. Овсянников Научный руководитель - А. В. Кравченко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: s199898ev@mail.ru
Проведен анализ существующих нанопорошков с целью выявления нужных физико-химических свойств, для применения в РКТ двойного назначения. Использование нанопорошков может привести к получению материалов с измененными в нужном направлении или даже новыми характеристиками.
Ключевые слова: нанопорошок, связующее, конструкционные композиты, композиционные изделия, диоксид кремния, оксид цинка, шунгит, ракеты.
ANALYSIS OF POSSIBLE NANOMODIFIERS FOR UPGRADING ROCKET
COMPONENTS
S. E. Loskutov, D. G. Bolgov, N. P. Ovsyannikov Scientific supervisor - A. V. Kravchenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: s199898ev@mail.ru
In this work, the analysis of existing nanopowders was carried out in order to identify the necessary physical and chemical properties for use in dual-purpose RCTS. The use of nanopowders can lead to the production of materials with changed in the desired direction or even new characteristics.
Keywords: nanopowder, binder, structural composites, composite products, silicon dioxide, zinc oxide, shungite, missiles.
Нами был проведен анализ существующих доступных нанопорошков на основе оксидов, нитридов, карбидов, боридов, силицидов. Работа велась с выявленными положительными качествами нанопорошков, для введения их в связующее.
Несколько десятилетий назад модно было называть алюминий «крылатым металлом», подчеркивая, что если конструкция не ездит по земле или по рельсам, а летает, то она обязательно должна быть выполнена из алюминия. На самом деле крылатых металлов много, и это определение давно вышло из моды.
Нанопорошки находят все более широкое применение в качестве исходного сырья при производстве керамических и композиционных материалов, сверхпроводников, солнечных батарей, фильтров, геттеров, присадок к смазочным материалам, красящих и магнитных пигментов, компонентов низкотемпературных высокопрочных припоев и др. По мере выполнения фундаментальных и прикладных исследований этот перечень быстро расширяется. Применение нанопорошков может привести к получению материалов с измененными в нужном направлении, или вообще новыми характеристиками.
Наноматериалы конструкционного и функционального назначения на сегодняшний день являются одной из наиболее востребованной областью нанотехнологий для решения различных проблем техники.
Нами был проведен анализ существующих доступных нанопорошков на основе оксидов, нитридов, карбидов, боридов, силицидов. Работа велась с выявленными положительными качествами нанопорошков, для введения их в связующее.
Порошок алюминия получен распылением металлического проводника в атмосфере аргона, затем пассивирован медленным потоком сухого воздуха. Материал содержит около 90 % активного алюминия. Содержание оксида алюминия около 9%, адсорбированных газов до 1 %. Электронная микроскопия высокого разрешения свидетельствует о наличии многочисленных кристаллических дефектов.
Порошок реагирует с водой при температуре 50 °С с выделением водорода. При взаимодействии с открытым пламенем в воздухе воспламеняется. Энергично взаимодействует в экзотермических реакциях с кислородсодержащими жидкостями, с галогенсодержащими органиками и другими окислителями. При нагревании в атмосфере сухого воздуха до 80°С не воспламеняется. Свое применение может найти в пиротехнике, материаловедении, медицине, для гибридных ракетных двигателей, для повышения нефтеотдачи продуктивных пластов при применении нанотехнологии с использованием в составе нанокомпозиционного материала алюминиевой пудры.
Порошок меди получен методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона и упакован в стеклянные ампулы в инертной атмосфере. Материал состоит на 90% из меди, оксида меди - 9 %. Адсорбированные газы (воздух, аргон, оксид углерода) - 1%. При контакте с воздухом содержание активного металла падает до 85-90 %, остальное сорбированые газы, оксид меди и Н20. Порошки легко образует агломераты. После контакта с воздухом порошок меди воспламеняется низкокалорийным источником тепла (спиртовка) в течение 0,5 сек. Линейная скорость фронта горения 0,48 мм/сек, протяженность фронта горения 7,5-8 мм.
Порошок меди может найти свое применение в катализе и материаловедении, электронике; химической промышленности. Улучшает качество порошковых сталей и шинных резин. Также используется для покрытия поверхностных контактов электронной промышленности; электронная, электротехническая, приборостроительная, автомобильная, авиационная, машиностроительная, химическая промышленность, производство металлических изделий, красок специального назначения и строительных материалов.
Порошок железа смоченный гексаном получен методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона, смочен гексаном и упакован в стеклянные бутыли в инертной атмосфере. Материал на 20-30 % массы состоит из гексана, остальное - порошок железа.
Порошок содержит металлическое железо (не менее 98 % массы) и сорбированные газы — СН4, С02, Аг, К2. При удалении гексана и контакте с воздухом содержание активного металла падает до 90-92 %, остальное сорбированые газы, оксид железа и Н20.
Гексан не растворяется в воде. При удалении гексана (например, вакуумированием) порошок железа может самовоспламеняться на воздухе. Рентгенофазовый анализ показывает, что материал полностью состоит из кристаллического железа. После удаления гексана и контакта с воздухом порошок железа воспламеняется низкокалорийным источником тепла (спиртовка) в течение 0,5 сек. Линейная скорость фронта горения 2 мм/сек, протяженность фронта горения 18,0-18,5 мм.
Порошок может найти применение в создании лекарственных препаратов, растениеводстве, переработке промышленных отходов, изготовлении сухих смазок.
Порошок серебра получен методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона и затем упакован в стеклянные ампулы в инертной атмосфере. Материал состоит на 98 % из металлического серебра. Содержание адсорбированных газов до 2 % - СН4, С02, Аг, N2.
Порошок в сухом виде легко образует микроагломераты. Порошок представляет собой полностью кристаллическое серебро. При нагревании в инертной атмосфере порошок серебра выделяет избыточную энергию, происхождение которой пока не поддается объяснению.
Диоксида титана получен разложением сложных органических и неорганических соединений на простые безвредные компоненты. Находит свое применение в фотокаталитических фильтровальных установках, покрытиях для строительных материалов: бетонов, штукатурок, стекла, как компонент фасадных красок
Оксид неодимия получен методом электрического взрыва медного проводника в атмосфере воздуха. Порошок содержит не менее 99,8 % массы оксидных фаз СиО и Си20. Содержание других элементов не более 0,05 % массы. Оксид неодимия используемый исключительно в электронике и оптике, применяется в керамических конденсаторах, в люминофорах для цветных телевизоров. Он также находит ограниченное применение в высокотемпературных глазурях и пигментах для стекла.
Нитрид кремния обычно используется в производстве турбин, деталей двигателей, фундамента машин, жаропрочных и теплоизоляционных материалов, а также тепло- и коррозиеустойчивых зажимов
Титанат бария имеет стабильные свойства, может использоваться для изготовления нелинейных элементов, диэлектрических усилителей и компонентов электронной компьютерной памяти. Он также имеет пьезоэлектрические свойства механического и электрического преобразования, может служить в качестве датчиков, устройств обнаружения подземных вод и устройств, таких как материал части ультразвукового генератора. Кроме того, он также может использоваться для создания статических трансформаторов напряжения, переменного количества светочувствительных резисторов, термисторов и компонентов тонкой пленки. Кристаллы титаната бария относятся к структуре перовскита, представляет собой сегнетоэлектрический материал, чистый барий является изоляционным материалом
Диоксид кремния является самым активным кремнеземным наполнителем, обеспечивает смолам и клеям желаемую консистенцию и препятствует разделению компонентов.
Оксид цинка поглощает практически все ультрафиолетовое излучение на длинах волн ниже 360 нм и обеспечивает превосходную защиту связующих, представляет собой белый порошок, который нерастворим в воде и широко используется в качестве добавки во многих материалах и изделиях, включая каучуки, пластмассы, керамику, стекло, цемент, смазки, краски, мази, клеи, герметики. Высокая теплоемкость и теплопроводность, низкое тепловое расширение. Оксид цинка обладает высоким показателем преломления, высокой теплопроводностью, связующими, антибактериальными и УФ-защитными свойствами.
Шунгитовые породы уникальны по составу, структуре и свойствам образования. Они представляют собой необычный по структуре природный композит - равномерное распределение высокодисперсных кристаллических силикатных частиц в аморфной углеродной матрице. Такая структура и состав пород сообщают шунгитовым материалам ряд необычных физических, химических, физико-химических и технологических свойств.
Следствием высокой совместимости шунгитов со связующими является способность создавать высоконаполненные композиции, в том числе на основе каучуков. В перспективе повышенная пластичность означает возможность сверхпластичного композиционного изделия.
Из данной таблице и выше перечисленных характеристик нанопорошков можем выделить три наиболее подходящих для данного связующего порошка: диоксид кремния, оксид цинка и шунгит - это материалы, используемые для создания конструкционных композитов и изделий на их основе.
В последние годы разработаны нанокомпозитные металлокерамические материалы, значительно превосходящие по износостойкости, прочности и ударной вязкости с аналогичной обычной микроструктурой.
Вследствие вышеперечисленных причин, особую актуальность приобретает изучение таких нанопорошков как, шунгитовые породы, оксид цинка, диоксид кремния, нитрид кремния, для внедрения в изготовление частей ракет. Изучение использования нанопорошков представляется научной проблемой, тесно связанной с практической задачей создания нового конструкционного материала.
Библиографические ссылки
1. Electronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: https://www.bibliofond.ru/view. aspx?id=550951.
2. Шастовский П. С., Ереско С. П., Алашкевич Ю. Д. Экспериментальные исследования получения плит из фрезерной стружки на лабораторном прессе и установление физико-механических характеристик // Хвойные бореальной зоны. 2015. Т. 33. № 1-2. С. 73-77.
3. Потапов В. В., Шитиков Е. С., Антипин Л. М., Кузнецов Д. Г.. Использование нанопорошков кремнезема для повышения прочностных характеристик цементных образцов.
4. Матренин С. В., Овечкин Б. Б. Наноструктурные материалы в машиностроении: учебное пособие. Томский политехнический университет. Томск : Изд-во Томск политех. унта, 2009. 186 с.
© Лоскутов С. Е., Болгов Д. Г., Овсянников Н. П., 2020
