Разделы сайта

Читаемое

Обновления Sep-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 [ 78 ] 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

Для того, чтобы определить величину нагрузки, при которой происходит замыкание в композициях 65Г - паронит и 65Г - стеклотекстолит, в аналогичных условиях испытывали образцы 0 6 мм. Результаты представлены ниже:

Усилие, при котором происходило короткое замыкание, Н/мм

65 Г - паронит..................................................... 163

65Г - стеклотекстолит........................................ 174

Кривые нафужения для последних двух композиций представлены на рис. 6.22.

Из рисунка видно, что стеклотекстолит деформируется с резким падением давления практически до нуля, тогда как при использовании па-ронита такого эффекта не наблюдается.

На основании анализа кривых нагружения использование пары сталь 65Г - паронит предпочтительнее. Но использование пары сталь 65Г - стеклотекстолит позволяет надежно запереть контейнер, по-видимому, за счет высокой прочности на растяжение стеклотекстолита, и поддерживать давление синтеза в течение пяти суток.

В качестве материала для прокладок на установке разрезная сфера 300 из всех рассмотренных вариантов нами выбрана композиция сталь -стеклотекстолит, которая в процессе эксплуатации в основном удовлетворяет предъявленным требованиям. В процессе нагружения камеры зона вытекания материала контейнера между твердосплавными пуансонами не

превышала 2 мм. Удается стабильно проводить процесс роста монокристаллов алмаза длительностью до пяти суток.

Запирающие прокладки, используемые при выращивании алмазных монокристаллов, изготовлялись следующим образом. Металлическая составляющая вырубалась из листа, затем шлифовалась до конечных размеров. Пластиковая составляющая также вырубалась из листа. Далее полученные составляющие склеивались в пакет (рис. 6.23).

Работа по совершенствованию состава материала для изготовления про-

Р, Н/мм-


60 90 120 150 180 т, с

Рис. 6.22. Кривые нагружения композиций:

1 - 65Г - паронит; 2 - 65Г - стеклотекстолит


UiJm - пластик I I - металл Рис. 6.23. Схема сборки запирающих прокладок

кладок и их формы продолжается. В частности, ведутся эксперименты по уменьшению площади стальной части прокладок для снижения доли усршги пресса, которая тратится на деформацию прокладок.

Результаты этого этапа работы можно обобщить следующим образом:

- Разработанная методика испытаний позволяет по комплексу необходимых свойств подобрать материалы для изготовления композиционных запирающих прокладок.

- Подобрана пара сталь 65 Г - стеклотекстолит, позволяющая надежно запирать контейнер и сохранять электроизоляционные свойства прокладок в рабочем диапазоне температур.

Исследование газовыделения из графита марки МГ - ОСЧ, используемого в качестве источника углерода при выращивании монокристаллов алмаза на затравке

Одним из основных поставщиков примесного азота в кристаллы алмаза является графит, используемый в качестве источника углерода. Газы в пористом материале могут находиться в различных формах. Во-первых, это газ, захваченный крупными порами и беспрепятственно сообщающийся с внешней средой. При проведении вакуумной откачки материала поры быстро опустошаются, а после контакта с газовой средой быстро вновь заполняются. Между газом в порах и в окружающей среде происходит беспрепятственный диффузионный обмен. Во-вторых, как это наблюдается на керамике ZrOj - YjOj, газ накапливается в порах, соединенных между собой тонкими капиллярами. Газообмен с внешней средой в этом случае оказывается весьма замедленным из-за диффузии газов через паутину капилляров, пронизывающих материал. Для такого материала возможна замена газовой среды нежелательного химического состава средой иного состава. В-третьих, газ может находиться в пористом сорбенте в хемосорбированном состоянии.



Если удельная поверхность сорбента велика, то количества сорбированного газа также могут быть значительными.

Целью данной работы было изучение газовыделения из графита. Образцы представляли собой прямоугольные пластины, вырезанные из заготовки графита марки МГ - ОСЧ.

Многочисленные исследования показали [8], что атомно-чистая поверхность графита проявляет исключительно высокую хемосорбционную активность. В частности, на графике наблюдается химическая адсорбция кислорода с теплотой ~ 460 кДж/моль и величиной ~ 0,5...0,7 моль/м. Адсорбция кислорода на графите практически необратима и, очевидно, является активированной. На последнее указывает тот факт, что формирование пленки химически адсорбированного кислорода на графите при комнатной температуре и давлениях кислорода порядка 10 Па происходит в течение весьма длительного времени (до нескольких часов).

На поверхности графита также наблюдается химическая адсорбция водорода, которая при комнатных температурах практически необратима и составляет величину ~ 0,05 моль/м.

При соприкосновении атомно-чистой поверхности графита с парами юды происходит ее гидратация с образованием комплексов типа С-ОН и С-Н и начальной теплотой ~ 167 кДж/моль. Данных о наличии химической адсорбции азота на поверхности графита нет. Возможно, как и в случае с окисью углерода, азот не образует достаточно прочных связей с поверхностью графита.

Интересно отметить, что на графите наблюдается весьма характерный вид сорбции кислорода, при котором происходит внедрение атомов в межплоскостные промежутки решетки. В этом случае наблюдается набухание графита.

Захват воздуха крупными порами графита (а следовательно, и азота) неизбежен. В зависимости от того, каков временной режим герметизации внутренней полости рабочей ячейки, воздух может быть либо вытеснен при приложении давления, либо сконцентрирован внутри ячейки. Газ, сорбированный графитом в других формах, по-видимому, будет накапливаться внутри ячейки.

Определенную информацию о формах существования сорбированных газов в графите дают результаты измерений величины сорбции этим материалом, а также данные по кинетике десорбции газов из него при вакуумной дегазации. Данные о суммарном газосодержании в графите исследуемой марки для состояния поставки (исходное состояние) приведены в табл. 6.10.

Таблица 6.10. Количество газа, выделившегося из образца при его последовательных изотермических отжигах, проводимых в порядке возрастания температуры

Qp см (н.у.) при температуре, °С

Суммарное количество

вьщелившегося воздуха

Q2, см (н. у)

ис>

2,65 10-4 2,17-10

Ласса обра (ОДНОГО сое

2,23-10 4,31 10

5цов: /И) = тояния 0,0

7,18-10 7,44-10-

0,4240 г; т; 0 см (н.

8,8 -10 8,5 10

= 0,4103 т. /О/г

1,2-10-3 1,4-10-3

; концентр

1,08-10-3 5,50-10

1ЦИЯ газов

4,45 - 10-3 4,28-10-3

в образце для

Кинетика газо вьщеления, в зависимости от механизма процесса, может подчиняться кинетическим законам различного порядка. В частности, если адсорбция молекул не сопровождается диссоциацией, то процесс их десорбции с однородной поверхности обычно согласуется с кинетическим уравнением первого порядка. Первый порядок следует также ожидать при газовьщелении из пористого сорбента, если лимитирующей стадией процесса является диффузия газа через систему капилляров в нем. При диссоциативной адсорбции двухатомных газов десорбция обычно протекает согласно кинетическому закону второго порядка. В случае кислорода первый порядок при десорбции может иметь место, если химическая адсорбция осуществляется в виде частиц О2, а второй порядок - если кислород адсорбируется в виде атомов О или ионов От

Анализ полученных экспериментальных результатов показал, что газовыделение из образцов графита, взятых в исходном состоянии (состоянии поставки), не может быть описано каким-либо из этих простых кинетических законов. В противоположность этому, для керамики газо-вьщеления согласуются с законом первого порядка. Этот факт при малой энергии активации процесса дегазации, соизмеримой по величине с теплотой физической адсорбции исследованных газов, позволил утверждать, что лимитирующей стадией процесса дегазации керамики является диффузия газа через систему капилляров. В то же время, анализ данньгх по кинетике изотермического газовыделения из графита показал, что этот процесс протекает в хорошем согласии с механизмом, основанном на предположении об энергетической неоднородности адсорбированных центров. Рассмотрим данные по кинетике газовыделения



на основе этого механизма. В табл. 6.11 приведены количества газа, вьщеляющегося при изотермическом отжиге образца в зависимости от времени дегазации. Эти же данные, отнесенные к массе образца, можно рассматривать также как изменение удельной сорбции образцом в зависимости от времени.

Для установления, насколько устранимо загрязнение графита газами путем его вакуумного высокотемпературного отжига, бьши проведены опыты, в которых образцы графита после длительного вакуумного отжига подвергались обработке в атмосфере очищенного азота приблизительно сутки при комнатной температуре. В дальнейшем проводилась откачка системы вместе с образцом, в результате чего достигался вакуум не ниже 3-10 Па. Затем образец подвергался последовательным вакуумным отжигам и определялось количество газа, вьщелившегося из образца в течение каждого такого отжига. Результаты этих измерений приведены в табл. 6.12.

Таблица 6.11. Зависимость количества газа, выделившегося из образца, от времени дегазации при изотермических условиях. (Время отсчитывается от максимума на кривой газовыделения)

Время отжига

Количество вьщеливгиегося газа, см (н.у.)

Убыль кондентрадии газа в образце, см (н.у.)/г

т, с

100 200 300 500 700

8,31-10-5

1,24-10

1,5-10

1,8-10

1,96-10

3,54-10 4,83 Ю- 5,64-10 6,57-10

2,33- 10 3,37-10 3,9-10 4,45-10

1,96-10 2,92 - 10-4 3,53-10-4 4,25-10 4,63-10

8,35-10-4 1,14-10- 1,33-10- 1,55-10-

5,5-10 7,96-10 9,2 - 10 1,05-10-

Таблица 6.12. Количество газа, выделившегося из образца графита при его последовательных изотермических отжигах после выдержки в атмосфере азота

Количество вьщелившегося газа Qj, см (н.у.) при t,°C

3,6- 10-5

1,16-10-5

1,49-10-5

1,57- 10

1,05-10

700 6,7-10

Суммарное количество вьщелившегося газа Qj, см (н.у.)

9,9-10

Концентрация газов в образце 0,0023 см (н.у.)/г

Как следует из табл. 6.10, величина удельной сорбции графитом исследуемой марки представляет собой хорошо воспроизводимую величину с незначительным разбросом данных, получаемых на различных образцах данного материала. Поскольку в рамках настоящего исследования масс-спектроскопический анализ вьщеляющегося газа не проводился, то о его химическом составе можно судить лишь предположительно. Очевидно, что в используемой здесь методике не фиксируются легко конденсирующиеся компоненты газовой смеси, так как они практически полностью вымораживаются азотной ловушкой. К таким компонентам, безусловно, относятся пары воды, углекислый газ и, также, пары органических растворителей. В порах образца, который некоторое время находился в контакте с атмосферой воздуха, неизбежно присутствует сорбированная вода. Данные, приведенные в табл. 6.10, относятся к газам, которые при низких давлениях (не выше 1,3-10 Па) не вымораживаются полностью стеклянной ловушкой, заполненной жидким азотом. Таковыми могут являться: кислород, азот, водород и, вероятно, СО.

Сравнение данных табл. 6.10 с аналогичными данными, полученными для исходного состояния керамических образцов гЮз-УзОз, показывает, что сорбционная емкость образцов графита более чем на порядок ниже, чем для керамики. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен с точки зрения кинетики газовьщеления. Сравнение этих данных указывает также на существенное различие в тенденциях изменения количеств вьщеляющегося газа при следующих друг за другом (в порядке возрастания температуры) изотермических отжигах образцов. Количество газа, вьщелившегося при последовательных отжигах образца керамики, сначала несколько возрастает и после достижения максимума (приблизительно при 300...400 °С) явно уменьшается в результате отжигов при 500, 600, 700 и 750 °С. Это однозначно указывает на последовательное истощение источника газовьщеления. В случае же с образцами графита при повышении температуры отжига приблизительно от 100 °С до 400 °С количество вьщелившегося газа несколько возрастает, а при последующих отжигах (от 500 до 700 °С) изменяется очень мало. Отмеченная здесь тенденция указывает на то, что увеличение температуры отжига в указанном направлении, по-видимому, не приводит к истощению источника газовьщеления. Этот вопрос будет рассмотрен позднее с позиции кинетики газовьщеления.

Одной из возможных форм сорбции газов, как известно, является химическая адсорбция. Рассмотрим, насколько данные табл. 6.10 согласуются с предположением, что газ, вьщеляющийся в этих опытах из гра-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 [ 78 ] 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка