Архив

В настоящей работе обсуждаются основные теоретические, экспериментальные и технологические результаты исследований твердофазных процессов плунжерной экструзии, прессования и объемной штамповки полимерных ма- териалов на основе политетрафторэтилена. Проведена систематизация экспериментальных исследований, позволяю- щих сделать выводы об общих закономерностях процесса формования и связанного с ним процесса структурообразо- вания в материалах. Предлагается реологический подход к нахождению оптимальных условий прессования полимер- ных порошковых заготовок. Освещаются основные аспекты математического моделирования твердофазной экстру- зии и прессования, базирующегося на прямом рассмотрении процессов структурирования, уплотнения и выдавлива- ния вязкоупругих полимерных систем. Даны примеры практического приложения твердофазных методов для полу- чения изделий из полимерных материалов.

Впервые исследованы структура и трибомеханические свойства наноструктурированных тонких пленок TiZrSiN, полученных методом реактивного магнетронного распыления как функция концентрации азота. Покрытия наносились путем распыления мишеней двух разных составов Ti0,56Zr0,36Si0,08 и Ti0,36Zr0,56Si0,08 % ат. Исследованы три типа нано- композитных покрытий TiZrSiN, сформированных в условиях недостатка, стехиометрических концентраций и избыт- ка азота в покрытиях. Структурные особенности и состав покрытий анализировались с использованием методик про- свечивающей электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, рентгено- дифракционного анализа и резерфордовского обратного рассеяния. Трибомеханические свойства изучались посредст- вом индентации с применением методики Оливера и Фарра и скретч-тестов. Полученные результаты продемонстри- ровали тесную связь трибомеханических свойств покрытий TiZrSiN с их структурными модификациями, индуциро- ванными различным содержанием азота в покрытиях. Таким образом, в зависимости от состава покрытия и содержа- ния в них азота, нанесенные пленки демонстрируют твердость в диапазоне от 16 до 32 ГПа. В ходе обсуждения ре- зультатов сделаны предположения, объясняющие влияние концентрации азота на структуру и трибомеханические свойства нанесенных покрытий.

Проведен анализ состояния и перспектив развития аддитивных технологий компьютеризированного производст- ва, позволивший показать новую парадигму его эволюции – переход к самовоспроизведению машин и их частей, а также организмов. Предложена диаграмма логических связей в процессах аддитивного производства, представляющая собой конеч- ный автомат, которая может использоваться как для построения 3D-принтера, осуществляющего «выращивание» из- делия сложной формы и структуры, так и для аддитивного синтеза его композиционного материала. Рекомендован подход, который определяет аддитивные методы как синерготехнологии, обеспечивающие само- организацию поверхностных явлений. На основании подхода выбираются источники энергии и материала для техно- логий послойного синтеза изделий. Стабилизация толщины формируемых слоев связана с процессами самоорганиза- ции поверхностных явлений и конструктивными особенностями изделий.

Для получения синтетического углеводородного сырья наиболее оптимальным является процесс Фишера– Тропша (ФТ), протекаемый только в присутствии катализаторов. Применение процесса ФТ позволяет диверсифици- ровать сырьевую базу нефтехимии путем переработки угля, газа, сланцев и другого углеродсодержащего сырья в син- тез-газ с последующим его превращением в высшие углеводороды. Общим недостатком современных катализаторов для процесса ФТ является сложность и энергоемкость процесса приготовления. Разработка оригинальных катализаторов синтеза ФТ и новых технологий их получения – актуальная задача для дальнейшего развития эффективных методов синтеза углеводородного сырья, имеющего высокую практи- ческую ценность. В настоящей работе впервые методом центробежных технологий самораспространяющегося синтеза (СВС) по- лучены новые полиметаллические катализаторы с наноструктурированной поверхностью на основе кобальта с промо- тирующими добавками, несодержащие благородных металлов и проявляющие высокую активность в процессе ФТ. Изучен фазовый состав, микроструктура и морфология поверхности синтезированных полиметаллических сплавов до и после химической активации (выщелачивание алюминия) синтезированных сплавов. Исследования микроструктуры гранул катализатора после химической активации показали, что на их поверхно- сти формируются нанообразования, представляющие собой сложные двухуровневые структуры, которые, по- видимому, определяют высокую активность и селективность полученных катализаторов в процессе ФТ.

Даны описания основных направлений использования термодинамического моделирования в материаловедении и популярных программных продуктов. Изложены модели, применяемые для описания термодинамических свойств чистых веществ и конденсированных растворов. Представлены модель регулярных растворов, используемая для мно- гокомпонентных расплавов и неупорядоченных твердых растворов замещения, и модель Хиллерта–Стэффансона для упорядоченных твердых растворов замещения, интерметаллидов и фаз внедрения. Изложено применение полуэмпирической модели Миедемы для оценки энтальпии образования сложных соеди- нений, для которых отсутствуют термодинамические данные в литературе, и метастабильных (аморфных) фаз. Приве- ден расчет избыточной энтропии смешения для аморфных фаз.

Изучены влияние субмикроразмерных наполнителей на процессы структурообразования, особенности структуры и эксплуатационные свойства наполненных композитов на основе термопластичных и термореактивных матриц. Установлено, что введение исследуемых наполнителей создает условия для роста линейных макромолекул эпоксидно- го связующего, обеспечивая увеличение деформационных характеристик композита на его основе. Следствием моди- фикации полиамида 6 является повышение степени кристалличности полимера, способствующее увеличению физико- механических показателей модифицированного полимера.

В настоящее время источник питания широко используется в электронике и других современных технологиях. Для полевых эмиссионных устройств углеродных материалов требуются специальные источники энергии, основные характеристики которых обсуждаются в данной работе. Электропитание для устройств с полевыми эмиссионными катодами из углеродных материалов должно быть небольшого размера, иметь высокую эффективность и быть спо- собным интегрироваться в устройство. Катодолюминесцентные источники света имеют несколько преимуществ по сравнению с другими источниками, в частности, более высокую яркость и скорость включения/выключения. В настоящее время в таких источниках начинают использоваться эмиссионные катоды на основе углеродных мате- риалов, включая наноструктурные катоды. Результаты исследований эмиссионных свойств различных углеродных материалов свидетельствуют о том, что их применение целесообразно в качестве автоэмиттеров. Использование поле- вой эмиссии позволяет расширить диапазон рабочих температур, уменьшить инерцию, увеличить срок службы и улучшить экологичность катодолюминесцентных источников.

Выполнен комплекс экспериментальных исследований способов получения композиционных сорбционно- активных материалов на основе кристаллического цеолита NaX. В качестве связующего материала использовали ор- ганические полимеры фторпроизводных этилена [–CF2–CF2–]n с высоким значением модуля Юнга. Эксперименталь- но подтверждено, что композиционные сорбционно-активные материалы обладают неизменностью физической фор- мы, высоким значением адсорбционной емкости и способны нивелировать деформационные напряжения, вызываемые циклическими нагрузками на адсорбент в системах газоразделения, реализующих технологию короткоцикловой без- нагревной адсорбции. Научно обоснован выбор композиции «адсорбент–наполнитель–полимерная матрица» при син- тезе листовых, гранулированных и блочных композиционных сорбционно-активных материалов. Экспериментальным методом исследовано влияние типов, соотношений исходных компонентов и условий формования на механические и адсорбционные характеристики композитного адсорбента. Установлено, что динамическая активность по парам во- ды у синтезированных контрольных образцов композитных адсорбентов на 20 – 40 % выше по сравнению с традици- онными промышленными адсорбентами типа NaX-В-1Г.

В настоящее время в химической и других отраслях промышленности актуальной является проблема получения многокомпонентных смесей сыпучих материалов больших объемов, стабильного состава и качества. Для решения данной проблемы применяются так называемые усреднители. Организация процесса смешивания в усреднителях яв- ляется одним из основных факторов, влияющих на качество получаемой продукции. Проведен анализ современного состояния усреднения сыпучих материалов в химической и смежных отраслях промышленности. Рассмотрены наибо- лее распространенные, а также современные способы усреднения сыпучих материалов с точки зрения возможности их применения для эффективного усреднения партий сыпучих материалов в химической и других отраслях промышлен- ности. Приведен обзор конструкций аппаратов для усреднения сыпучих сред. Обозначены основные проблемы про- цесса усреднения сыпучих материалов в химической промышленности. Намечены пути совершенствования усредни- тельного оборудования. Наиболее перспективными являются способы и конструкции, позволяющие увеличивать тур- булизацию и циркуляцию потоков смешиваемых сыпучих материалов в корпусе усреднителя.