Г В Сакович Получение новых материалов применением высокоэнергетических

Г. В. Сакович Получение новых материалов применением высокоэнергетических веществ 2014 1

Синтез наноматериалов в детонационной волне из высокоэнергетических соединений Уникальность метода: чрезвычайно высокие температуры (до 6000 K) и давления (до 500 тыс. атм. ) крайне малая продолжительность процесса (0, 1÷ 2 мкс) высокая скорость “закалки” продуктов: скорость падения температуры – неск. млн. град/с 2

Фазовая диаграмма наноуглерода Жидкий углерод 2 Наноалмаз Неалмазные формы углерода 1 Графит 3 1 – линия фазового равновесия сажананоалмаз 2 – линия плавления наноалмаза 3 – линия плавления неалмазного углерода — статическая диаграмма углерода 3

Аппаратурно-технологическая схема автоматизированного комплекса синтеза УДА (запущен в 1984 г. ) в атмосферу Объем камеры, м 3 3, 0 Цикл подрыва, мин. 2÷ 2, 5 Масса заряда, кг 0, 65 Мощность, кг/год 2000 4

Основные факторы, влияющие на выход ультрадисперсных алмазов 1. Условия образования алмазов в детонационной волне: состав и плотность взрывчатого вещества, структура и свойства молекулы ВВ дисперсность компонентов смесевого гетерогенного ВВ 2. Детонация заряда, как реального физического тела: форма, размеры, масса заряда, наличие и свойства оболочки, мощность и положение инициирующего импульса 3. Сохранение УДА при синтезе во взрывной камере: состав и давление газовой среды, объем взрывной камеры, масса заряда 5

Выход КУ и УДА при детонации некоторых ВВ ВВ ρ0, г/см 3 ВКУ, % ВУДА, % СУДА, % ТНТ 1, 586 18, 91 ± 0, 38 2, 49 ± 0, 36 13, 18 ТАТБ – 13, 19 ± 1, 83 3, 91 ± 0, 76 29, 62 ТНБ 1, 605 13, 88 ± 0, 25 3, 47 ± 0, 19 24, 98 Гексоген 1, 616 8, 11 ± 0, 11 1, 09 ± 0, 01 13, 44 Баллиститный порох РСИ-60 1, 590 9, 54 2, 86 29, 90 СТТ ТТФ-56/3 1, 600 3, 80 0, 10 2, 60 ТНТ/гексоген -60/40 1, 665 11, 67 ± 0, 06 7, 66 ± 0, 09 65, 68 ТНТ/октоген(ВДО)70/30 1, 692 13, 73 ± 0, 17 11, 19 ± 0, 08 81, 51 6

Основные области применения детонационных наноалмазов Область применения Гальванические покрытия: Cr+УДА Ni+УДА Cu, Ag, Zn, Sn, …+УДА Содержание УДА, % 0, 3 , 0 1 0, 7 до 1 Эффективность Повышение износостойкости в 2 12 раз Повышение износостойкости в 5 6 раз Повышение износостойкости до 15 раз Полирование: (микроэлектроника, оптоэлектроника, видимая и рентгеновская оптика, …) 2 5 Максимальный уровень шероховатости, нм твердые сплавы – 1 5 кремний – 0, 5 1, 5 кристалл бромистого калия – 2 3 Модификаторы трения: (автомобильные масла, смазочно охлаждающие жидкости) 0, 1 0, 3 Снижение коэффициента трения на 20 30 % Уменьшение износа трущихся пар в 1, 5 3 раза Модификаторы полимерных материалов: (резино техническая промышленность) 2 7, 5 Снижение коэффициента истирания: полярных каучуков в 1, 1 3, 2 раза неполярных каучуков в 1, 1 5, 3 раза 7

8

Постановление Совета Министров СССР от 29 апреля 1989 г. № 363 97 Перечень подлежащих строительству и вводу в 1990 1995 годах объектов, необходимых для развития работ по ультрадисперсным алмазным порошкам, получаемых методом взрыва Предприятие Срок ввода в действие НПО «Алтай» г. Бийск Алтайского края Опытная установка для производства ультрадисперсных алмазных порошков, мощность 3 т порошков в год (реконструкция) 1991 Объекты опытно-промышленного производства ультрадисперсных алмазных порошков, мощность 50 т порошков в год 1995 в том числе, первая очередь – 15 т порошка в год 1993 Объекты для производства продукции на основе ультрадисперсных алмазных порошков: - по производству концентратов масел, мощность 500 т концентратов в год в том числе первая очередь 100 т концентратов в год - по производству концентратов электрохимических покрытий, мощность 100 т концентратов в год в том числе первая очередь 25 т концентратов в год - по производству композиционных материалов, мощность 15 т материалов в год в том числе первая очередь – 6 т материалов в год Инженерно-лабораторный корпус научно-исследовательского центра «Синтез взрывом» , площадь 6 тыс. кв. м. 1995 1993 9

Синтез других наноматериалов в волне горения и детонации из высокоэнергетических соединений с добавками Добавка Продукты Бор (B) Нитрид бора (BN), карбид бора (B 4 C) Алюминий (Al) Корунд (γ-Al 2 O 3) Кремний (Si) Нитрид кремния (Si 3 N 4), карбид бора (Si. C) Цирконий (Zr)+Mg, Ca, Y … Стабилизированная циркониевая керамика (Zr. O 2+Mg. O, Ca. O, Y 2 O 3 …) Бензол (C 6 H 6), толуол (CH 3 C 6 H 5) … Многослойные углеродные нанотрубки 10

11

Производство микро- и наночастиц металлов и оксидов Горячее прессование и ударно-волновое компактирование порошков Al-наноалмаз, Al-Al 2 O 3, Al-Ti. C, Al-Ti. B 2, Al-Al. N и др. Металломатричный нанокомпозит Концентрированная лигатура с частицами Введение лигатуры в расплав + воздействие внешних полей (механическое перемешивание, мощный ультразвук, электро-магнитные поля) Легкий сплав с повышенными до 30% эксплуатационными свойствами 12

Нанокатализаторы на службе безопасности 1. Наноразмерная Ti. O 2 известна как катализатор фотохимического окисления органических канцерогенных веществ, включая ОВ (ИК). 13

2. Способы получения наноразмерной Ti. O 2 - горением металлоорганических солей Ti(CN 4 H 3 O 3)4 → Ti. O 2 (нитросемикарбазид титана), способный к самостоятельному горению (Тсг 40 = 2700 К), к детонационному превращению (Tвзр = 3270 К) с Д ≈ 7400 м/с. На его основе были созданы композиты ЭКС и КВВ. № п/п Способ получения Ti. O 2 Размер, нм Квантовый выход, % Тсг в опыте, К 1 Горение НСКТ Р=0. 1 МПа 60 -70 2, 6 2480 2 ЭКС 50 3, 7 2500 3 ЭКС 50 1, 0 2700 4 ЭКС 20 26, 0 2300 5 Коллоидной химии 5… 20 60, 0 - Каталитически активной является β – Ti. O 2. Кратковременного воздействия высоких температур достаточно для образования α Ti. O 2. 14

Способы защиты 1. На низкотемпературных ЭКС взрывом или горением по схеме или с использованием выбрасывающих их устройств. 15

16

Газогенераторы холодного газа 17

18

Способ позволяет: посредством химического состава топлива получать индивидуальные «холодные газы» Состав топлива и характеристики Газ азот кислород водород 1. Компонент и его содержание, % Азиды щелочных металлов 70 -80 2. Теплопоглощающая добавка, % Галогениды щелочных металлов 15 -20 Оксиды металлов 2 -5 Оксиды металлов 15 -20 5 5 -10 1 380… 420 260… 300 900… 950 35… 80 80… 100 50… 70 98 98 99 3. Цементатор, % 4. Газопроизводительность, нл/кг 5. Температура газа, °С 6. Чистота газа, % об, не ниже Хлораты и Гидриды перхлораты металлов 85 -90 80 -85 19

Характеристики систем с использованием генераторов холодного азота Характеристика «Дубль1» Плот Жилет АТС Объем подаваемого газа, л 600 2140 16 300 Время подачи, л/с 20 60 4 8 Скорость подачи, л/с 30 36 4 38 Добавление газа в системе, МПа 5, 6 0, 11 Масса генератора, кг 21 15 0, 22 8 0, 99 0, 97 Вероятность безотказного срабатывания 20

21

22

23

Спасибо за внимание Алтай 24