ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1 Графит 7
1.1.1 Общие представления о графите 7
1.1.2 Терморасширенный графит 8
1.2 Вольфрам 11
1.2.1 Общая характеристика вольфрама 11
1.2.2 Переработка вольфрамового сырья 11
1.2.3 Свойства вольфрама и его соединений 13
1.2.4 Применение вольфрама 15
1.2.5 Методы получения карбида вольфрама 16
1.3 Ультразвуковое диспергирование 19
1.3.1 Механизм ультразвукового диспергирования 20
1.3.2 Влияние физико-химических свойств жидкости 22
1.3.3 Ультразвуковое диспергирование терморасширенного графита 23
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 25
2.1 Объекты исследования 25
2.2 Методики экспериментов 26
2.2.1 Метод электронной микроскопии 26
2.2.2 Рентгенофазовый анализ 27
2.2.3 Методика определения удельной поверхности 28
2.2.4 Определение рН водной вытяжки 29
2.2.5 Получение терморасширенного графита 29
2.2.6 Методика ультразвукового диспергирования 29
2.2.7 Методика приготовления раствора пека в тетрагидрофуране 30
2.2.8 Получение образцов композиционного материала 31
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 32
3.1 Результаты микроскопического исследования структуры графита 32
3.2 Результаты рентгенографического исследования кристаллической структуры графита ... 35
3.3 Результаты исследования величины удельной поверхности графита 37
3.4 Результаты определения рН водной вытяжки 39
3.5 Изготовление образцов композиционного материала 40
3.6 Результаты рентгенографического исследования кристаллической структуры образцов
композиционного материала 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 46
Совершенствование техники на каждом этапе исторического развития предъявляло новые, непрерывно усложнявшиеся требования к материалам (например, температурная стойкость, износостойкость, электрическая проводимость и др.).
Перспективы повышения свойств различных материалов связаны с синтезированием их из элементов, имеющих предельные значения свойств, например, предельно прочных, предельно тугоплавких, термостабильных. Такие материалы составляют новый класс композиционных конструкционных материалов. В них используются высокопрочные элементы (волокна, нити, проволока, нитевидные кристаллы, гранулы, дисперсные высокотвёрдые и тугоплавкие соединения или элементы), связанные матрицей из пластичного и прочного материала (металлических сплавов или неметаллических).
Одним из перспективных на сегодняшний день материалов является карбид вольфрама. Он обладает тугоплавкостью, химической, абразивной и эрозионной стойкостью, высокой механической прочностью и эмиссионной способностью. Карбид вольфрама широко применяется в производстве режущих и износостойких материалов, используемых в металлообработке, в нефтяной, газовой и горнодобывающей промышленности, в строительной индустрии, в электронике и в электротехнике [1].
Однако большинство способов получения карбида вольфрама энергозатратны и малопроизводительны, либо вообще нерентабельны для промышленного освоения [2 - 3].
Актуальностью работы являлось исследование взаимодействия наиболее распространенных соединений вольфрама с углеродом для разработки производительного способа получения карбида вольфрама.
Цель работы: изучить особенности взаимодействия тугоплавкого металла вольфрама с мелкодисперсным графитом.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Получить терморасширенный графит из природного графита Тайгинского месторождения.
2. Разработать методику ультразвукового диспергирования
терморасширенного графита и получить диспергированный терморасширенный графит.
3. Исследовать свойства, величину и морфологию поверхности исходного природного графита и полученных образцов терморасширенного графита и диспергированного терморасширенного графита.
4. Разработать методику и получить образцы композиционного материала на основе диспергированного терморасширенного графита и соединения вольфрама.
1) В результате работы получен терморасширенный графит с большой удельной поверхностью (18 м2/г) и рН близким к слабокислой среде (5,9). Эффективный диаметр полученных вытянутых червеобразных частиц ТРГ составил около 240 цш (0,24 мм).
2) Ультразвуковое диспергирование позволило разделить частицы ТРГ на тонкие пластинки, имеющие минимальную толщину в десятки нанометров. По сравнению с исходным природным графитом получены частицы графита минимальных размеров.
3) Изучено влияние продолжительности диспергирования ТРГ и показано, что оптимальное время диспергирования составило 30 минут. Увеличение продолжительности привело к коагуляции образующихся частиц.
4) Изучено влияние растворителя на процесс диспергирования и показано, что оптимальной жидкой средой для диспергирования графита являются жидкости с низким поверхностным натяжением, такие как бензол и толуол. Это объясняется особенностями механизма кавитации и коагуляции частиц в разных жидких средах.
5) Полученная диспергированием углеродная матрица обладает большой удельной поверхностью, а также химически чистой поверхностью. Такая поверхность позволяет получать прочный, плотный композиционный материал, содержащий соединения вольфрама.
6) Исследование различных наполнителей, содержащих вольфрам, показало, что вольфрам активнее вступает во взаимодействие с углеродной матрицей, если находится в растворе соли вольфрамовой кислоты - вольфрамата натрия.
7) Полученные образцы композиционного материала на основе диспергированного ТРГ и вольфрамата натрия, подвергались термической обработке при температурах до 3000 °С. Термообработанный материал на основе вольфрамата натрия содержит карбидную фазу вольфрама. Полученные результаты подтверждают принципиальную возможность получения карбида вольфрама на основе матрицы диспергированного терморасширенного графита.
