Химическая модификация как способ создания композиционных материалов

С помощью химической модификации возможно создание широкой гаммы композиционных материалов, обладающих принципиально новыми функциональными качествами, необходимыми для развития порошковой металлургии, электронной, текстильной, авиационной и других отраслей промышленности.

Конструкционные материалы, созданные с использованием химической металлизации полимеров, металлов, неметаллов, условно подразделяются:

• -    на порошковые материалы с поверхностью от 0,5 до 1000 мкм;

• -    пористые материалы с развитой поверхностью (керамика, пенополиуретан и др.), чаще всего со сквозными и определенными порами; ткани, волокна, сетки;

• -    компактные материалы.

Нашли применение в промышленности:

• 1.    Металлизированные порошки (пластмасс, керамики, стекла, алмазов, графитов, сульфидов, оксидов, нитридов, ферритов, карбидов, боридов и пр.) для антифрикционных и фильтрующих материалов, электропроводных клеев, магнитных вакуумных смазок; для напыления с целью повышения теплозащитных, антикоррозионных, абразивных, магнитных

• 2.    Пеноматериалы – высокопористый ячеистый материал с лабиринтной структурой для изготовления фильтров жидкостей и газа, носителей катализаторов, шумопоглоти-телей, электромагнитных экранов. Достоинства: возможность нанесения на поверхность материала каталитически активных компонентов (металлы платиновой группы, металлоок-сиды и т. п.); возможность изготовления изделий различного типоразмера.

• 3.    Нанесение токопроводящих слоев меди, никеля, серебра в гальванопластике на пластизоль воск, парафин; в производстве печатных плат – на гетинакс и стеклотекстолит; при декоративной и функциональной металлизации – на пластмассы, органические пленки и ткани.

• 4.    Химическое нанесение функциональных покрытий на стали, алюминиевые и титановые сплавы. Достоинства: возможность металлизации сложнопрофильных изделий,

• 5.    Химико-гальваническая металлизация проводящих и непроводящих материалов (как компактных, так и дисперсных поверхностей) без применения драгоценных металлов-ката-лизаторов.

свойств, восстановительного ремонта и порошковой металлургии. Наиболее широко изучены и нашли применение процессы нанесения меди, никеля, серебра.

Химическая металлизация порошков обеспечивает изделиям из композиционных материалов изотропность физических, механических характеристик и повышенную коррозионную стойкость в агрессивных средах, повышенную электропроводность, низкие коэффициенты трения и износа и улучшение других свойств.

замены труднообрабатываемых, дорогостоящих легированных сталей для пресс-форм и штампов, на стали марок Ст 3, Ст 45, У 8 с упрочняющим слоем химически осажденного металла; увеличение срока службы пресс-форм за счет многократной реставрации поверхностного слоя; возможность избирательной металлизации пресс-форм сложной конфигурации и большого размера; повышение твердости и коррозионной стойкости алюминиевых сплавов; возможность меднения и серебрения титана по сокращенному на 60 % технологическому циклу без использования операций травления, гидридной обработки и ряда соответствующих промывок; использование несложного оборудования на малых производственных площадях.

Расширение функциональных свойств и применяемости данных композиционных материалов возможно за счет их дальнейшей модификации.

Способы модифицирования позволяют:

• -    наносить сплошное (капсулированное) или островковое покрытие;

• -    варьировать толщину покрытия или содержание металла в порошке;

• -    осаждать несколько металлов послойно или отдельные наночастицы одного или нескольких металлов;

• -    проводить осаждение химических и электрохимических композиционных (с включением твердой инертной фазы графита, нанотрубок, оксидов, дисульфида молибдена, алмазов) покрытий на крупные порошки, гранулы и изделия;

• -    изменять морфологические и структурные свойства поверхности материалов Изучение реакций химического восстановления наночастиц на границе раздела «диэлектрик-раствор», «металл-раствор», создание сложных коллоидных растворов и использование их при модифицировании существующих композиционных материалов открывают возможность влиять на свойства материала, развитость его поверхности, физико-химические превращения, например, в зонах трения и

• т. д., при этом возможно создание гетероповерхности с комплексом новых программируемых свойств. Так были получены изделия конструкционного назначения со снятием статического электричества (крыльчатки вентиляторов в ткацком производстве и др.) и антифрикционные изделия (втулки погружных и по-лупогружных подшипников красильно-отделочного производства). Производственные испытания таких подшипников показали высокую износостойкость и возможность работы их в агрессивных средах в течение трех лет, что превышает в 5 раз износостойкость подшипников из известных материалов.

Очень перспективным является направление по созданию подобных структур на окисленных и терморасширенных графитах (ТРГ). Метод позволяет равномерно распределить небольшие количества легирующих элементов по объему композиционного материала. Включение металлов в графиты приводит к появлению новых свойств, при этом сохраняются (или изменяются незначительно) физико-химические свойства обычного ТРГ, такие, например, как низкая насыпная плотность d _нас и связанная с этим способность формирования в изделия без связующего, повышается каталитическая активность, меняется устойчивость к коррозии. Изменяя природу металла и его концентрацию, можно получать графиты с заранее прогнозируемыми функциональными свойствами и реализовывать новые научные принципы создания нанотехнологий.

Разработанные технологии (более 20) переданы на ряд предприятий России, Белоруссии, Украины, Литвы и Молдовы.