Теоретические и прикладные проблемы формования композиционных материалов с регулируемой микро- и макропористостью на основе оксидных систем (28.10.2011)

Автор: Матыгуллина Елена Вячеславовна

Матыгуллина Елена Вячеславовна

теоретические и прикладные проблемы формования

композиционных материалов с регулируемой микро-

и макропористостью на основе оксидных систем

05.16.06 – Порошковая металлургия и композиционные материалы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Пермь 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Научные консультанты:

Анциферов Владимир Никитович доктор технических наук, профессор,

академик РАН.

Официальные оппоненты:

Волынцев Анатолий Борисович доктор физико-математических наук,

профессор;

Онорин Станислав Александрович доктор химических наук, профессор;

Жиляев Виктор Александрович доктор технических наук.

Ведущая организация: ФГУП Научно-исследовательский институт полимерных материалов (НИИПМ), г. Пермь

Защита состоится « » в часов на заседании диссертационного совета

Д 212.188.02 при Пермском национальном исследовательском политехническом университете по адресу: 614000, Комсомольский проспект, 29, ауд. 423б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПНИПУ.

Автореферат разослан « » 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.188.02

д-р. техн. наук Е.А.Кривоносова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Модернизация современного производства на базе внедрения инновационных технических решений неразрывно связана с разработкой новых способов получения материалов и изделий с заданными или принципиально новыми свойствами, с созданием и внедрением эффективных технологических процессов и нового оборудования. Развитие материаловедческой науки на современном этапе сопровождается постоянно растущим интересом специалистов к оксидным системам и их использованию в качестве матричной основы композиционных материалов (КМ). Из многокомпонентных оксидных систем наибольший интерес представляют системы на основе диоксида титана и алюмосиликатных композиций, используемые для каталитических, фильтрационных, разделительных и других процессов.

Важнейшей задачей в области создания данного класса материалов является разработка технологических методов направленного регулирования макро- и микропористости в оксидных композициях, которые бы в полной мере удовлетворяли требованиям как к физико-механическим свойствам материалов, так и к его аэро- и гидропроницаемости.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, наиболее эффективными базовыми технологиями для формирования регулярных сред на различных структурных уровнях являются гранулирование, экструзионное формование и дублирование высокопористых ячеистых полимеров.

Планетарное гранулирование, являющееся достаточно новой областью технологии, позволяет увеличить давление на материал в 100-200 раз по сравнению с давлением в грануляторах со стационарной осью из-за высоких скоростей соударения частиц. В то же время следует отметить отсутствие применения планетарных грануляторов (ПГ) в связи с ограниченной изученностью происходящих в них процессов, отсутствием информации о характере движения материала в грануляторе на уровне частиц, об условиях образования адгезионных связей между частицами различных классов материалов, о кинетических зависимостях процессов гранулирования от планетарной и относительной скоростей вращения. Решение актуальной проблемы исследования закономерностей данного процесса и их влияния на свойства материалов связано с разработкой конструкции гранулятора, обеспечивающей возможность независимого регулирования планетарного и относительного вращения барабанов, а также использования методов математического моделирования для описания кинетики процессов гранулирования.

Для формования из оксидной керамики решетчатых конструкций с регулярной макропористостью наиболее перспективным способом является метод экструзии. Расширение областей использования данного метода для изготовления фильтров, катализаторов и др. требует решения комплекса научных и технологических задач, таких как выбор связующих и пластификаторов, оптимизация реологических характеристик экструдируемого материала, определение количественных критериев формуемости пластифицированной массы и прочности готового изделия, разработка методов расчета прочности формообразующего инструмента, создание технологического оборудования для получения блоков сотовой структуры с различной конфигурацией решетки.

Созданию материалов с заданной макроструктурой различными технологическими методами сопутствует необходимость решения проблемы формирования требуемой микропористости материала каркаса. Используемые в настоящее время экспериментальные методы регулирования микроструктуры не дают полного представления об условиях формирования пространственных микроструктур из дисперсных компонентов порообразователя, при этом значительный интерес представляют исследование процессов микропорообразования на основе моделирования и разработка критериев формирования канальной микропористости.

Проблемы формирования свойств высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ) на основе дублирования полимерной матрицы характеризуются рядом успешных и достаточно значимых практических решений, однако уровень теоретических исследований в этой области является недостаточным, что в значительной степени усложняет проектирование технологического процесса изготовления изделий с заданными свойствами. Актуальными направлениями совершенствования технологического процесса изготовления изделий из ВПЯМ являются теоретические исследования процессов пропитки упругодеформируемых пенополимерных материалов, разработка эффективных методов структурного прогнозирования механических свойств ВПЯМ, уточнение существующих моделей фильтрации при использовании ВПЯМ в качестве фильтров, например, для расплавов металлов.

Технологические методы планетарного гранулирования, экструзии пластифицированных систем, дублирования полимерных матриц разрабатываются и совершенствуются в Научном центре порошкового материаловедения (НЦ ПМ) Пермского национального исследовательского политехнического университета для получения композиционных материалов с регулируемой микро- и макроструктурой на основе дисперсных оксидных порошковых систем.

Связь работы с научными программами, планами, темами

Работа выполнена на кафедре «Порошковое материаловедение» Пермского национального исследовательского политехнического университета и в Государственном научном центре порошкового материаловедения (г.Пермь) в соответствии с научными темами и программами:

«Разработка технологий получения порошковых функциональных материалов с нанокристаллической структурой и высокотехнологичной продукции на их основе» (Госконтракт № 02.447.11.2010) по проекту, выполненному по ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы». Сроки выполнения 2005-2006 гг.;

«Изучение влияния состава и строения поверхности фильтрующих керамических материалов на формирование фазового состава и свойств сплавов (на примере чугуна)» (Грант РФФИ № 04-03-97504 р_офи. Сроки выполнения 2005-2006 гг.);


загрузка...