CC BY
42ПРИМЕНЕНИЕ ПОРИСТЫХ СВС-МАТЕРИАЛОВ В КАЧЕСТВЕ ФИЛЬТРОВ
Гончарук1 С.Ю. студент, Самборук2 А.Р.
1- Самарский государственный технический университет, Самара,
semen. goncharuk.1997@mail. ru
2- Самарский государственный технический университет, Самара
DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10020
Актуальность работы. В настоящее время пористые материалы имеют широкое применение практически во всех сферах деятельности человека также в качестве фильтрующих и конструкционных материалов.
Основным способом производства пористых проницаемых изделий является спекание порошковых композиций в высокотемпературных печах, как правило, в глубоком вакууме. Данная технология достаточно сложна.
Альтернативой служит значительно более простая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), в основе которой лежит реакция экзотермического взаимодействия двух или нескольких химических элементов, соединений, протекающие в режиме направленного горения. СВС дает возможность для получения целого ряда продуктов с комплексом уникальных эксплуатационных свойств. При этом СВС как метод получения пористых материалов соединяет в себе малую энергоемкость, возможность динамического варьирования структурных и иных свойств получаемых продуктов и безотходность.
Преимущества СВС фильтров. Современные полимерные фильтры для тонкой очистки имеют существенные недостатки: низкие показатели прочности, коррозионной стойкости и термостойкости, отсутствие сорбционных свойств и т.д.
Большинство этих недостатков отсутствует у фильтров из пористых керамических материалов, получаемых методом СВС, которые используются, для фильтрации при высоких температурах и в агрессивных средах. Другие материалы здесь оказываются непригодными.
Пористые СВС-материалы обладают рядом преимуществ по сравнению с такими же материалами, синтезированными обычными методами порошковой металлургии. Прежде всего, следует отметить их очень высокую конечную пористость, которая в СВС-материалах может быть выше на 15-20%, что объясняется отрицательным объемным эффектом реакций СВС и выделением примесных газов при синтезе. Еще более важным преимуществом СВС-материалов является то, что их прочность в 1,5-3,0 раза выше, чем у спеченных материалов при той же пористости.
Особенности СВС-метода позволяют широко варьировать состав и структуру фильтров. Фильтры могут иметь как однородную, так и градиентную
42
структуру. Фильтры с анизотропной структурой (градиентной пористостью) особенно эффективны и экономичны, так как одновременно с высокой производительностью и тонкой очисткой жидкости или газа позволяют осуществлять многократную регенерацию обратным потоком уже очищенной жидкости или газа, или высокотемпературным отжигом. Кроме того, СВС-фильтры на основе карбида титана обладают хорошими бактерицидными свойствами, высокой коррозионной и термической стойкостью.
При изготовлении проницаемых пористых материалов, как правило, необходимо решить две противоречивые задачи: обеспечить высокую пористость и достичь удовлетворительной прочности. Получаемые методом СВС пористые керамические материалы, как правило, достаточно хрупки, не обладают высокой прочностью и используются в основном в качестве фильтров и носителей катализаторов. Получение пористых материалов с повышенной прочностью представляет большой интерес. Перспективным материалом в этом направлении является пористая металлокерамика, применение которой непрерывно расширяется благодаря уникальному сочетанию в ней свойств металла и керамики. Основным недостатком СВС-фильтров является их высокая стоимость.
Результаты исследований. Был проведен обзор и анализ результатов исследований по разработке пористых материалов и фильтров методом СВС в трех крупнейших научных центрах: Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (г. Черноголовка, Московская область), Отделе структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН (г. Томск) и Алтайском государственном техническом университете (г. Барнаул).
С учетом результатов исследований при создании в Самарском государственном техническом университете (СамГТУ) междисциплинарной проектной команды (МПК) «Автоматизированные системы отчистки сточных вод пищевой промышленности» было разработано техническое задание на создание фильтров со следующими характеристиками:
• Размер пор: микро- или ультра-фильтрационные фильтры, которые имеют размер пор соответственно 0,2-0,5 мкм и 0,02, и 0,05 мкм;
• Конфигурация - напорные трубчатые;
• Ориентировочные размеры - внутренний диаметр 10-20 мм, длина 0,5-2м;
• Направление фильтрования, наиболее вероятно, изнутри трубок наружу, однако возможно направление снаружи - внутрь;
• Прилагаемое давление 0,1-0,5 Мпа;
• Удельный поток воды через фильтр 50-100 л/(ч*м2);
• Срок эксплуатации - около 25 лет;
• Стоимость - не более 100 USD/м2, (трубка диаметром d=10мм, длиной 1=2 м должна стоить не более 400 руб.).
Для выполнения технического задания, в качестве базового метода по созданию проницаемых пористых материалов (ППМ) был выбран метод СВС.
Были проведены исследования на уже существующих образцах СВС фильтров для отчистки воды от твердых микрочастиц, примесей и т.д.
На базе данного технического задания разработана невакуумная методика синтеза пористых мембран различной формы в режиме СВС.
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ МАКРОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ МАХ-ФАЗА/Ti, ПОЛУЧЕННЫХ В УСЛОВИЯХ ГОРЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СДВИГОВОГО
ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Прокопец1'2 А.Д. студентка, Столин1 П.А., Аверичев1 О.А., Бажин1 П.М.,
Столин1 А.М., Бердыченко2 А.А.
1- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт
структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук, frau. london2013@yandex. ru
2- Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», [email protected]
DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10021
В современной промышленности все более широкое применение находят композиционные материалы, обладающие более высокими показателями статической и динамической прочности, вязкости разрушения по сравнению с традиционными гомогенными материалами. Среди композиционных материалов большой интерес представляют слоистые композиционные материалы, применение которых позволяет не только повысить надежность и долговечность деталей и оборудования, но и существенно сократить расход высоколегированных сталей, дефицитных и дорогостоящих цветных металлов (никель, хром, медь, молибден и др.), снизить энергоемкость и металлоемкость [1,2].
К новому перспективному классу конструкционных материалов относятся металло-интерметаллидные слоистые композиционные материалы, представляющие собой набор чередующихся двумерных армирующих компонентов - слоев, металла и интерметаллида или керамики, жестко связанных между собой по всей поверхности [2].
Материалы на основе МАХ-фазы системы Ti-Al-C по своим физико-механическим свойствам занимают промежуточное положение между металлами и керамикой. Среди множества MAX-фаз, синтезированных к настоящему времени, наибольший интерес, с позиций уровня их свойств, представляют MAX-фазы на основе титана: Ti2AlC, Ti3AlC2. Как металлы они показывают высокую тепловую и электрическую проводимость, а также
44
