Методологическое обеспечение технологий конструкционных и функциональных материалов на основе углерода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.16, доктор технических наук в форме науч. докл. Золкин, Петр Иванович

• Золкин, Петр Иванович
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1998

Заключение диссертации по теме «Химия и технология композиционных материалов», Золкин, Петр Иванович

ВЫВОДЫ

1.Ha основе экспериментального изучения физико-химических процессов, происходящих при|заимодействии компонентов углеродных материалов в процессе их изготовления, взаимосвязи между свойствами исходных материалов и свойствами конечной продукции, разработана комплексная концепция упйвления качеством продукции в производстве углеродных материалов конструкционного и функционального назначения.

2. В соответствии с предложенной концепцией, заключающейся в оптимальном сочетании методов контроля исходных материалов, основных технологических процессов и конечной продукции, разработаны и метрологически аттестованы инструментальные, экспрессные, более дешевые и экологически чистые методы контроля и исследования свойств углеродной продукции, позволившие осуществить обратную связь в действующем производстве и, практически, исключить возможность выпуска продукции, не соответствующей требованиям действующей документации (брака), определить работоспособность углеродной продукции, основные области ее применения.

3. Разработаны и введены в действие Приказом МЦМ СССР от 25.05.81 12 ОСТов контроля производства конструкционного графита, углеродных волокон и тканей, углерод-углеродных композиционных и функциональных материалов на электродных заводах бывшего ПО "Союзуглерод": Московском, Днепровском, Новочеркасском, Челябинском и Вяземском заводе графитовых изделий (по параметрам: прочности на растяжение, сжатие и изгиб при 20-3073°К, динамического модуля Юнга, плотности, коэффициентов теплопроводности и теплового расширения, результатов ультразвукового и рентгеновского контроля).

Выпущен сборник ОСТов "Графит конструкционный. Методы испытаний" (1981 год).

4. Разработаны и внедрены в производство МЭЗа, ДЭЗа, НЭЗа, ЧЭЗа, ВЗГИ, а также НПО "Молния", 11 методов контроля качества сырья и композиционных материалов по параметрам прочности, плотности, содержания влаги и механических примесей, температурного коэффициента расширения. Внедрены необходимые для контроля приборы, обучены сотрудники ЦЗЛ заводов.

5. Разработаны и нашли применение в институте НИИГрафит 8 методов исследований химических, физических, прочностных, теплофизических, поверхностных, реологических и других свойств углеродных волокон, тканей, пеков, коксов и смол, что позволило создать ряд новых технологий УУКМ, в частности, материалов типа Термар (авиационные тормоза), ГРАВИМОЛ (детали авиакосмического аппарата "Буран"). Внедрение разработанных методов контроля (п.п.З, 4) позволило освоить промышленное производство этих материалов на заводах подотрасли (заводах бывшего ПО "Союзуглерод").

6. Оптимизированы технологические параметры производства силицированного графита, получаемого методом порошковой металлургии из мелкодисперсного порошка кокса и кремния; полученный материал (В-2С) успешно прошел испытания в установках эпитаксии кремния и вкладышах критического сечения ЖРД.

7. Экспериментально доказано, что при всех температурах производства углеродных материалов нерастворимая в хинолине агфракция находится в пеках только в твердом состоянии, а свойства пеков и их температурные зависимости соотответствуют таковым для жидких полимеров, что позволило утверждать применимость к пекам современных представлений о строении жидких полимеров с широким разбросом свойств и включениями твердой фазы.

8. Определены прочностные, упругие и теплофизические свойства углеродных волокон в поперечном направлении, что позволило уточнить современные представления о строении углеродных волокон.

9. Установлено, что фрикционные свойства материалов типа Термар-ТД определяются химическим составом поверхностного слоя (толщиной 50 А) ткани ТГН-2М при ее переработке в эти материалы; найдены пути управления фрикционными свойствами этих материалов.

10. Получены комплексные зависимости между физико-химическими, упругими, биологическими и морфологическими свойствами углеродных волокон и тканей, что обеспечило возможность разработки имплантантов и эндопротезов для человеческого организма.

11. Разработаны и внедрены в лечебные заведения следующие детали человеческого организма и изделия, изготовленью из углеродных материалов: эндопротезы, используемые в челюстно-лицевой хирургии в Центральном НИИ стоматологии МЗ РФ; детали свода черепа, используемые при оперативном лечении детей с черепно-мозговой травмой в НИИ педиатрии и детской хирургии; опорная культя глаза, используемая при энаклуации глаза в Институте глазных болезней им. Гельмгольца; ожоговые салфетки, используемые при лечении ожогов в детском ожоговом центре.

12. Установлено, что углеродные материалы в электрохимическом отношении аналогичны золоту и платине при контакте с тканями и жидкоЗйми человеческого организма, но в отличии от благородных металлов активно образуют на межфазной границе нужные биологические клетки.

13. Показано, что для нормального функционирования углеродного эндопротеза или имплантанта в живом организме необходимо равенство электрохимических потенциалов, свободной поверхностной энергии, прочности, модуля упругости и плотности углеродной детали и человеческой ткани.

14. Установлено, что высокопористая структура с особой формой капилляров, которая образуется в ткани ТГН-2М при электрохимической обработке, улучшает лечебные свойства противоожоговых повязок из этой ткани; кроме того, рредложенная в работе электрохимическая обработка увеличивает сдвиговую прочность эндопротезов и имплантантов, изготовленных из углепластика в 2-2,5 раза.

15. Показано, что изученный комплекс поверхностных свойств пеков, смол и многих углеродных материалов, основных процессов их взаимодействия ( сачивания, растекания, капилярной пропитки, структурообразования и др.) являются основой для решения многих других вопросов, выходящих за рамки настоящей работы, и могут быть широко использованы для подготовки специалистов всех уровней.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук в форме науч. докл. Золкин, Петр Иванович, 1998 год

1. Золкин П.И., Лукина Э.Ю., Лысенко Л.А., Физико-химические методы исследования свойств сырья и коксо-пековых композиций. Сб. трудов "Конструкционные материалы на основе углерода." М. "Металлургия". 1993, № 10, с.47-51.

2. Разработать, унифицировать и подготовить к внедрению методы контроля конструкционных углеродных материалов на предприятиях подотрасли. Отчет о НИР НИИГрафит, М. 1980, инв. № 745 .87.С

3. Золкин П.И., Маркелова И.М., Шикова H.A. Методы контроля производства конструкционного графита. Сб.трудов: Углеродные конструкционные материалы." 1989, с.38-42.

4. Котосонов A.C., Золкин П.И. и др. Способ контроля степени прокаленности кокса.а.с.№ 771539, 1980.

5. Золкин П.И., Лукин Э.Ю., Лысенко С.А., Маркелова И.М. Тез.доклада "Разработка и внедрение усовнршенственных методов контроля углеродных конструкционных материалов." Межотраслевая конференция по углеродным материалам. г.Челябинск, 1983, с. 17-18.

6. Усовершенствовать существующие, разработать новые методы контроля сырья и операционных переделов мелко-и среднезернистых графитов.Отчет о НИР НИИГрафит, М. 1985, инв.№ 922 73 с.

7. Маркелова И.М., Шикова H.A., Золкин П.И. Исследование условий ускоренного выделения а-фракций среднетемпературного пека. Ж."Кокса и химия." М.1989, с.31 -33.

8. Лысенко С.А., Золкин П.И., Шикова H.A. Определение а-фракций в средне- и высокотемпературном пеке. Сб.трудов: "Углеродные конструкционные материалы." М."Металлургия" 1984 с.99-101.

9. Самойлов В.М., Котосонов A.C., Остронов Б.Г., Золкин П.И., Объедков А.И. Способ определения высокоароматических веществ в каменноугольном пеке. 1985, а.с. № 1226223.

10. Абитов A.M., Костиков В.И.,Золкин П.И. Реологические свойства пеков. Сб.трудов "Физика межфазных явлений." г.Нальчик, КБ ГУ, 1981, с.48-50.

11. Абитов A.M., Карамурзов Б.С., Золкин П.И. Поверхностное натяжение плотность и вязкость среднетемпературного пека. Сб.трудов: "Контактные свойства расплавов".г.Киев "Наукова думка ", 1982, с.93-95.

12. Дедков Г.В., Золкин П.И. и др. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение грани (0001) графита. Сб.трудов: "Углеродные конструкционные материалы." М."Металлургия". 1984, с.56- 59.

13. Костиков В.И., Абитов А.М.,Зсшкин П.И.и др. Поверхностное натяжение и плотность пека и смолы. Ж."Адкезия расплавов и пайка материалов". г.Киев "Наукова думка" 1984, № 13, с.46-47.

14. Костиков В.И., Золкин П.И. Роль межфазных явлений в технологии композиционных материалов.Сб.трудов межотраслевого семинара "Состояние исследований поверхностных явлений на границах раздела." г.Нальчик КБГУ, 1987, с.46-48.

15. Костиков В.И., Золкин П.И. Тез доклада: "Поверхностные явления в технологии углеродных материалов." Всесоюзная НТК "Поверхностные явления в расплавах и пайке материалов." г.Киев "Наукова думка.", 1982, с.8-9.

16. Костиков В.И., Абитов A.M., Золкин П.И. Смачиваимость углеродных материалов пеком. Ж."Адгезия расплавов и пайка материалов". г.Киев "Наукова думка " 1985, № 14 с.42 44.

17. Хатухов В.М., Карамурзов Б.С.,Кутейников А.Ф.,Золкин П.И. Тез доклада: "Смачиваимость углеродных наполнителей связующим". MlCC 90, т.1 с. 108-109.

18. Разработать и подготовить к внедрению на заводах подотрасли экспрессные и автоматизированные методы контроля производства углеродных конструкционных материалов.М.1987, Отчет о НИР, НИИГрафит, инв.№ 96 4 тома.

19. Бучнев Л.М., Дмитриев И.А., Золкин П.И. Изучение скорости испарения материала марки КУП-ВМ. Сб.трудов: "Конструкционные материалы на основе углерода".М."Металлургия" 1980, с.112-117.

20. Егорова В.А., Разумова Л.Н., Золкин П.И. Изучение содержания газовых примесей в материале марки КУП-ВМ. Сб.трудов: "Конструкционные материалы на основе углерода".М."Металлургия" 1980, с.132-138.

21. Перевезенцев В.П., Золкин П.И.,Пискунов В.А. Конструкционные графиты на металлическом связующем.Ж."Цветные металлы".М.1970, № 10 с.45-46.

22. Бояринцев В.И.,Золкин П.И.Эрозионный износ углеграфитовых материалов. Сб.трудов: "Конструкционные материалы на основе графита." М."Металлургия" 1971, с.89-95.

23. Золкин П.И. и др. Высокотемпературный компезационный материал. М.11.11.1979г., а.с.№ 136859.

24. Золкин П.И., Емяшев А.В.и др. Получение нагревателей высокочастотных установок для эпитаксии кремнения. Сб.трудов: "Конструкционные материалы на основе графита".М."Металпургия", 1973, с.26- 28.

25. Перезенцев В.П., Паншин J1.H., Емяшев A.B., Золкин П.И. "Нагревательный элемент". 1971, а.с.№ 333878.

26. Емяшев A.B., Золкин П.И. и др. Способ изготовления огнеупорного материала. 1973, а.с. № 407530.

27. Шипков H.H., Золкин П.И. и др. Способ изготовления огнеупорного материала.

28. Золкин П.И., Кутейников А.Ф., Костиков В.И. Исследование фазовых и структурных превращений кремния и углерода в процессе термомеханической обработки. Ж."Химия твердого топлива АН СССР", МЛ 974, № 4 с. 133 136.

29. Мечик Л.Д., Сударкин Л.А., Челушкин Э.К., Золкин П.И. Тез доклада: "Совершенствование длительного ваграночного производства".Всесоюзная научно-техническая конференция (НТК ). г.Минск, 1974 с.46-47.

30. Золкин П.И., Пискунов В.А., Шипков H.H., Вощанин А.И. Способ электрохимического травления углеграфитовых материалов, содержащих карбиды. Ж."Заводскаялаборатория".М. 1976, № 3 с.63-70.

31. Золкин П.И., Костиков В.И., Кутейников А.Ф. Тез доклада: "Исследование влияния примесей на фазовые превращения и свойства материалов в системе Si-C. " Всесоюзное совещание по химии твердого тела. г.Свердловск, 1976, с.28-29.

32. Золкин П.И., Шипков H.H., и др. Огнеупорная масса. 1976, а.с.№ 519405.

33. Шмаков Е.С., Лебедев Ю.Н., Михин Ю.И., Золкин П.И., Дмитриев И.А. Фазовые и структурные превращения материалов содержащих кремний. Сб.трудов: "Конструкционные материалы на основе графита." М."Металлургия" 1976, с.3-47.

34. Кутейников А.Ф., Степанов А.Н., Золкин П.И. и др. Исследование изменения фазового состава материалов углерод-кремний, углерод-бор методом ИК-спектроскопии. Сб.трудов: "Конструкционные материалы на основе графита".М."Металлургия", 1976, с.51-59.

35. Золкин П.И., Кутейников А.Ф.и др.Тез доклада: "Получение теплопроводной углеродной массы для металлургических печей".

36. Всесоюзное совещание "Применение огнеупорных материалов в технике." г.Ленинград, 1977, с.47-48.

37. Золкин П.И., Костиков В.И., и др. Влияние примесей на температуру диссоциации и свойства материала на кремний-углеродной основе. Ж."Химия твердового топлива" АН СССР. М. 1977, № 1 с.136-139.

38. Якимовоч В.И., Золкин П.И. и др. Набивная масса для холодильников доменной печи. 1977, а.с. № 592848.

39. Золкин П.И., Кутейников А.Ф. и др. Набивная углеродная масса для футеровки металлургических печей. Ж."Огнеупоры".М.1979, № 8, с.23-25.

40. Золкин П.И., Костиков В.И., Кутейников А.Ф. Исследование механизма формирования композиционного материла в системе Si- С. Сб.трудов: "Тугоплавление соединения". г.Киев "Наукова думка" 1981, с.60-65.

41. Фрейдинберг A.C., Золкин П.И. и др. Об использовании бескислородных огнеупоров в околофурменных зонах конвертов. Ж."Огнеупоры". М. 1985, № 12 с.36-38.

42. Цветков В.Б., Сухман A.JI., Золкин П.И., Швейкин Г.П., и др. Тез. до клада: Межфазные взаимодействия в композитах на основе карбида кремния". MICC-90. М.т.1 с.94.

43. Цветков В.В., Сухман А.Л., Золкин П.И. и др. Тез.доклада: "Взаимодействие сплавов алюминия, легированных редкоземельными металлами с карбидом кремния." MICC-90. М. т. 1 с.94-95.

44. Торокин В.В., Сухман А.Л., Золкин П.И. и др. Тез.доклада: "Влияние поверхностных свойств сплавов алюминия с техническими мишметаллами на технологические параметры получения композитов." MICC-90.M.T. 1 с. 114.

45. Лысенко С.А., Золкин П.И., Платонова М.В. Определение плотности углеродных волокон. Ж."Заводская лаборатория ". М. 1986, № 5 с.60-61.

46. Аберяхимов Х.М., Золкин П.И., Кутейников А.Ф. Способ определения прочности волокна. 1980, а.с. № 735958.

47. Аберяхимов Х.М., Золкин П.И., Сурков С.А., Гусман И.О. Способ определения прочности углеродного волокна при сдвиге в углепластике. 1982.а.с. № 108995.

48. Золкин П.И., Аберяхимов Х.М. Метод определения прочности при изгибе и модуля упругости углеродных волокон.Ж."Заводская лаборатория" М. 1986, № 5 с.84-85.

49. Золкин П.И., Костиков В.П., Котосонов A.C., Тез доклада: "Поверхностные свойства углеродных волокон и их взаимодействие с матрицей". Всесоюзная школа "Поверхностные явления в расплавах и дисперсионных системах" г.Грозный. 1988 с.56-57.

50. Аберяхимов Х.М., Золкин П.И. и др. Исследование физико механических и теплофизических свойств углеродных волокон в пластике. Ж."Адгезия расплавов и пайка материалов". г.Киев "Наукова думка" 1988, jNo 21 с.63-66.

51. Золкин П.И., Карамурзов Б.С., Хоконов Х.Б. Тез доклада: "Влияние предварительной обработки поверхности на состав адсорбционного слоя углеродного волокна". Всесоюзная НТК: "Композиционные материалы".1. М. 1981, с.37-38.

52. Лавренко В.А., Пугач Э.А., Золкин П.И., Гроценко Т.Г. Высокотемпературные окисление графитовых материалов. Ж."Сверхтвердые материалы". г.Киев "Наукова думка" 1983, № 10 с.16-19.

53. Золкин П.И. Исследование поверхностного слоя и горения углеродной ткани. Сб.трудов: "Исследования в области углеродных материалов". М. "Металлургия", 1990, с.67-71.

54. Золкин П.И., Маркелова И.М. и др. Исследование высокотемпературного окисления углеродных волокон методом термогравиметрии. Сб.трудов: "Исследования в области углеродных материалов". М."Металлургия", 1990, с. 111-115.

55. Золкин П.И., Лысенко Е.В., Янко Н.П. Электроосаждение медных покрытий на углеродные материалы. Вестник КПИ: "Химмаш.строение итехнологии". г.Киев "Наукова думка" 1988, №25 с.39-40.

56. Шемет В.Ж., Помыткин А.Л., Золкин П.И. и др. Высокотемпературное окисление углерод-углеродных композиционных материалов на воздухе. Сб.трудов: "Современные композиционные материалы". М.1992, с.91-97.

57. Хатулов З.М., Карамурзов Б.С., Золкин П.И., Кутейников А.Ф. Смачиваимость высокодисперсных углеродных материалов водой, спиртом и смолами ЭД-20, ФН. Ж."Адгезия расплавов и пайка материалов". г.Киев "Наукова думка" 1989, № 22 с.57-59.

58. Хоконов Х.Б., Золкин П.И.и др. Тез доклада: "Изучение состояния поверхности углеродных наполнителей взависимости от способа активирующей обработки." MICC-90, М.т.1 с. 15.

59. Хоконов Х.Б., Золкин П.И. и др. Смачиваимость углеродных волокон пека. Сб.трудов: "Конструкционные материалы на основе углерода". М."Металлургия", 1982, с.84-87.

60. Хоконов Х.Б., Карданов А.А., Карамурзов Б.С., Золкин П.И. Исследование спектра масс десорбции с поверхности фторированных волокон . Сб.трудов: "Углеродные конструкционные материалы".

61. М. "Металлургия", 1987 с.72-74.

62. Сигизмунд С., Каверов А.Т.,Золкин П.И. и др. Получение исвойства высокопрочного углеродного волокна. Сб.трудов: "Современные композиционные материалы". М.1992, с.34-36.

63. Sitgimund S., Kaverov A.T.,ZoIkin P.I.and .Production process and propertios of high strength carbon fider "Prezen." Elsevier Applied Science, London and New York 1991,227-229.

64. Borodin A.N., Sologub A.I., Zolkin P.I.and .The influence of carbon fibre surface energy on their interfacial interaction with resins.Elsevier Applied Science, London and New York, 1991, 464-468.

65. Лавренко B.A., ак.АН УССР Францев И.Н., Золкин П.И. и др. Кинетика электроосаждения никеля на графитовые волокна с карбидо-кремниевым покрытием. Доклады академии наук СССР. М.1979, т.З с.649-653.

66. Лысенко Е.В., Золкин П.И. Тез доклада: Исследования электрохимического поведения углеродных материалов различной структуры. М1СС-90.М.Т 2 с.223.

67. Дмитриев И.А., Золкин П.И. и др. Способ определения коэффициента тепло проводимости волокна, а.с. № 187569, 1985.

68. Бардамышев А.Т., Власов К.П., Костиков В.И., Золкин П.И.Тез доклада: "Исследование смачиваемости углеродных волокнистых материалов для сернонатриевых аккумуляторов". II Московская Международная конференция по композитам. М.1994, с. 127-128.

69. Лысенко Е.В., Золкин П.И. Электрохимические свойства углеродной ткани ТГН-2М с адгезионным покрытием. Сб.трудов: "Современные композиционные материалы".М.1992, с.26-29.

70. Золкин Ц.И., Костиков В.И., Мусалатов Х.А.и др. Тез. доклада: Изделия из углерода для ортопедии и травматологии. Сб.трудов: конференции "Здоровье населения России". М.1994, с.50-51.

71. Золкин П.И.,Костиков В.И. и др. Тез доклада: "Углеродные композиционные материалы для ортопедии и травматологии". II Московская Международная конференция по композитам. М.1994, с. 121-122.

72. Золкин П.И. Применение углеродных материалов в медицине. М.^Металлург. ", 1996, № 1 с.40-42.