BIC Междисциплинарный интеграционный проект 112: СОЗДАНИЕ НОВЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ, УСТОЙЧИВЫХ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ Координатор проекта: академик Кругляков Э.П., ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН Организации – участники проекта: ИК им. Г.К.Борескова СО РАН (академик Пармон В.Н., с.н.с. Снытников В.Н.) ИЯФ им. Г.И.Будкера СО РАН (академик Кругляков Э.П., д..ф.-м.н. Бурдаков А.В.)

BIC Цель проекта (в части разработки углеродных покрытий): Разработка новых наноструктурированных углеродных материалов для защитных покрытий в энергонапряженных устройствах Предполагаемые результаты: Разработка защитных покрытий на основе новых углеродных материалов, а именно, Сибунита и каталитического волокнистого углерода (КВУ) Получение данных о кинетике абсорции изотопов водорода различными углеродными материалами, в том числе графитом, Сибунитом и каталитическим волокнистым углеродом (КВУ)

BIC Тема выступления: СОЗДАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ

BIC Основные недостатки графитовых защитных покрытий 1. Накопление термической усталости материала с его последующим разрушением при импульсном режиме работы реактора 2. Набухание графитового материала под воздействием нейтронов и его хрупкое разрушение с образованием углеродной пыли 3. Поглощение трития образующейся углеродной пылью

BIC Кубический (А) и гексагональный алмаз (Б) Гексагональный (А) и ромбоэдрический (Б) графит А Б Структура аллотропных форм углерода Модель -карбина (А) и -карбина (Б) АБ

BIC Аллотропные формы и разновидности углерода Активные угли, стеклоуглерод, сажи, углерод-углеродные композиты, филаментарный углерод, Сибунит и др.

BIC Требования к новым углеродным материалам для защитных покрытий Электропроводность и коррозионная стойкость, близкие к таковым у графита Высокая термическая устойчивость и механическая прочность, превосходящие таковые у графита, благодаря лабильности углеродного каркаса и его устойчивости к напряжениям, возникающим при температурных колебаниях и смещениях графеновых сеток при набухании Низкая пористость и газопроницаемость

BIC Схема формирования структуры Сибунита A - конденсация (отложение пиро- углерода PC на частицы сажи CB); B, C, D, E - активация (окислитель- ная газификация PC/CB композита) Likholobov V.A., et. al. React. Kinet. Catal. Lett., 54 (2), (1995). ИК СО РАН, г. Новосибирск ИППУ, г. Омск

BIC Сибунит Изменение морфологии и удельной поверхности частиц угля при активации Изменение микроструктуры углеродной матрицы при термической обработке 5 нм С 30 нм S = 5-10 м 2 /гS = 150 м 2 /гS = м 2 /г

BIC S BET = 5 – 550 м 2 /г, V пор = 0.1 – 1.0 см 3 /г, D пор = 5 – 80 нм Зольность < 0.2% L a ~L c = 3 – 4 нм, d 002 = – нм До 210 кг/см м Широкий диапазон вариации удельной поверхности и параметров пористой структуры Высокая чистота Высокая степень упорядоченности кристаллической структуры Высокая механическая прочность Химическая и термическая стабильность Низкое объёмное электрическое сопротивление Характеристики углеродных материалов семейства СИБУНИТ

BIC Ассортимент экструдатов на основе углеродных материалов семейства Сибунит

BIC Ассортимент блочных изделий сотовой структуры на основе Сибунита Закономерности осаждения пироуглерода (ПУ) и активации блочных изделий сотовой структуры подобны закономерностям осаждения ПУ и активации для гранули- рованных материалов

BIC Каталитический волокнистый углерод (КВУ) ИК СО РАН, г. Новосибирск Схема получения A – синтез катализатора Ni/Al 2 O 3, Fe/Al 2 O 3, Co/Al 2 O 3, Ni-Cu/Al 2 O 3 или Ni-Co/Al 2 O 3 B,C – рост углеродных нитей при каталитическом разложении углеводородов при °С Al 2 O 3 ABC Нанотекстура поверхности углеродных волокон Ni/Al 2 O 3 Ni-Cu/Al 2 O 3 Fe/Al 2 O 3

BIC T, °ССостав реакционной смеси Выход, г/г (Ni+Cu) Содержание N, масс. % A BET, m 2 /g % Py + H % Py + H % Py + H % Py + H % Py + Ar 65.0 Морфология N-КВУ, выращенных на NiCu-катализаторе из смеси Н 2 +10%Ру при 550°С (А) и 650°С (В). Врезка: структура тонких нановолокон, полученных при 550°С. Условия синтеза и характеристики N-КВУ 20 нм 10 нм

BIC S BET = 70 – 300 м 2 /г, V пор = 0.3 – 0.8 см 3 /г, D пор = 10 – 50 нм 30 – 50 нм 0.2 – 1% L a ~L c = 6 – 7 нм, d 002 = – нм 70 – 120 кг/см 2 До 4% вес. (N) Удельная поверхность и параметры пористой структуры Диаметр волокон Зольность Параметры кристаллической структуры Механическая прочность Содержание гетероатомов Характеристики КВУ

BIC Характеристики углеродных материалов Сибунит и КВУ в сравнении с гранулированными активными углями Марка Внешний вид S БЭТ, м 2 /г V микро, см 3 /г V мезо, см 3 /г V, см 3 /г D ср., Å Зольность, вес.% П 1) K 2), % АРБ (Россия)Черенок CG-5 (Япония)Дроблен L-2702 (Германия)Черенок FB-4 (Чехосл.)Черенок Сибунит (Россия)Гранула КВУ-1 (Россия)Гранула ) П - прочность на раздавливание, кг на гранулу; 2) К - степень кристалличности.

BIC Микроструктура различных углеродных материалов и нанотекстура их поверхности Косточковый активный уголь Сибунит Каталитический волокнистый углерод

BIC Характеристики углеродных материалов Сибунит и КВУ в сравнении с графитом