RU2200092C1 - Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof - Google Patents
Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2200092C1 RU2200092C1 RU2001124389/02A RU2001124389A RU2200092C1 RU 2200092 C1 RU2200092 C1 RU 2200092C1 RU 2001124389/02 A RU2001124389/02 A RU 2001124389/02A RU 2001124389 A RU2001124389 A RU 2001124389A RU 2200092 C1 RU2200092 C1 RU 2200092C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- metal
- metal layer
- base
- composite
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металлическим композиционным материалам, армированным углеродным упрочнителем. The invention relates to composite materials, in particular to metal composite materials reinforced with a carbon hardener.
Известен композиционный материал, содержащий проницаемый наполнитель в виде порошка, хлопьев, пластинок, микросфер, усов, пузырьков, волокон, трубочек и т. п. мелких частиц из керамики, металла, стекла или полимера, пропитанный металлом (патент RU 2016702, В 22 F 3/26, 30.07.1994). Known composite material containing a permeable filler in the form of powder, flakes, plates, microspheres, whiskers, bubbles, fibers, tubes, etc. small particles of ceramic, metal, glass or polymer, impregnated with metal (patent RU 2016702, 22 F 3/26, 07/30/1994).
Данный материал получается путем пропитки проницаемого носителя расплавленным металлом, причем пропитка осуществляется путем затягивания в поры проницаемого носителя, в которых предварительно создан вакуум. This material is obtained by impregnating the permeable carrier with molten metal, and the impregnation is carried out by drawing into the pores of the permeable carrier, in which a vacuum is previously created.
Недостатком данного материала является значительный удельный вес композита и его низкая пористость, что обусловлено выбором проницаемого наполнителя. The disadvantage of this material is the significant specific gravity of the composite and its low porosity, which is due to the choice of permeable filler.
Недостатком известного способа изготовления композита является его ограниченная применимость, поскольку для легких мелкодисперсных мелкопористых материалов создание вакуума в порах неосуществимо. The disadvantage of this method of manufacturing a composite is its limited applicability, since for light finely dispersed finely porous materials, creating a vacuum in the pores is not feasible.
Известен композиционный металлуглеродный материал, содержащий основу из активированного угля, пропитанную металлом, например железом (авторское свидетельство SU 1347973, В 01 J 37/02, 1990). Указанный композит получается путем пропитки активированного угля раствором хлорного железа и последующим осаждением ионов железа в порах аммиаком, сушки и прокаливания. Known composite metal-carbon material containing a base of activated carbon impregnated with a metal, such as iron (copyright certificate SU 1347973, 01 J 37/02, 1990). The specified composite is obtained by impregnating activated carbon with a solution of ferric chloride and subsequent precipitation of iron ions in the pores with ammonia, drying and calcination.
Однако пористость активированного угля, используемого в качестве основы, недостаточно высока и не обеспечивает желаемых свойств композита в отношении его удельного веса. However, the porosity of activated carbon used as a base is not high enough and does not provide the desired properties of the composite with respect to its specific gravity.
Недостатком способа является невозможность его применения для изготовления мелкопористых мелкодисперсных композитов, поскольку в поры порядка нанометров затруднено проникновение жидкости. The disadvantage of this method is the impossibility of its application for the manufacture of finely porous finely dispersed composites, since liquid penetration is difficult in pores of the order of nanometers.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение удельного веса композита за счет выбора основы с большой удельной пористостью и уменьшение содержания металла в композите, а также упрощение способа изготовления композита. The technical problem to which the invention is directed is to reduce the specific gravity of the composite by choosing a base with high specific porosity and to reduce the metal content in the composite, as well as simplifying the method of manufacturing the composite.
Поставленная задача решается тем, что в металлуглеродном композите, содержащем пористую основу из углеродного материала и слой металла, размещенный в порах основы, основа выполнена в виде углеродной смеси, состоящей из расширенного графита и нанокристаллов углерода, причем содержание нанокристаллов углерода в смеси не менее 10%, а слой металла размещен в приповерхностных порах основы. The problem is solved in that in a metal-carbon composite containing a porous base of carbon material and a metal layer placed in the pores of the base, the base is made in the form of a carbon mixture consisting of expanded graphite and carbon nanocrystals, and the content of carbon nanocrystals in the mixture is at least 10% , and the metal layer is placed in the surface pores of the base.
При этом нанокристаллы представляют собой нанотрубки размером 1-10 нм с присоединенными к ним свободными радикалами С, С2, С3, С4, С5 и/и радикалами в виде одного или нескольких соединенных гексагоналов и/или гексагоналов с присоединенными к ним радикалами вида С, С2, С3, С4 и C5.In this case, nanocrystals are nanotubes 1-10 nm in size with the attached free radicals C, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 and / and radicals in the form of one or more connected hexagons and / or hexagons with attached radicals types C, C 2 , C 3 , C 4 and C 5 .
В частных случаях слой металла выполнен из никеля, или титана, или хрома, или железа, или радиоактивного металла. In particular cases, the metal layer is made of nickel, or titanium, or chromium, or iron, or a radioactive metal.
Поставленная задача решается также тем, что в способе получения металлуглеродного композита, включающем нанесение слоя металла на пористую основу из углеродного материала, в качестве основы используют углеродную смесь высокой реакционной способности, а нанесение слоя металла осуществляют путем газофазной металлизации основы, причем процесс металлизации прекращают после полного заполнения открытых на поверхность основы пор металлом. The problem is also solved by the fact that in the method of producing a carbon-carbon composite, comprising applying a metal layer to a porous base of a carbon material, a highly reactive carbon mixture is used as the base, and the metal layer is applied by gas-phase metallization of the base, and the metallization process is stopped after complete filling open pores with metal on the surface of the base.
При этом металлизацию основы осуществляют газофазным пиролизом соединений металла. In this case, the metallization of the base is carried out by gas-phase pyrolysis of metal compounds.
В частности, в качестве соединения металла используют карбонил никеля, или карбонил хрома, или карбонил железа, или йодистый титан. In particular, nickel carbonyl or chromium carbonyl or iron carbonyl or titanium iodide is used as the metal compound.
Как правило, в качестве газа-носителя используют инертный газ. In general, an inert gas is used as the carrier gas.
Композит (композиционный материал) представляет собой материал, сочетающий малый удельный вес, характерный для углеродной смеси высокой реакционной способности, и высокую прочность, обусловленную наличием слоя металла только в порах приповерхностного слоя, а также имеющий поверхность, обладающую свойствами металлической поверхности. A composite (composite material) is a material combining a small specific gravity characteristic of a carbon mixture of high reactivity and high strength, due to the presence of a metal layer only in the pores of the surface layer, and also having a surface having the properties of a metal surface.
Основой композита является углеродная смесь высокой реакционной способности, основной состав которой - нанокристаллы углерода с присоединенными к ним радикалами вида С-C5. Углеродная смесь высокой реакционной способности в исходном состоянии представляет собой вещество в виде порошка, частицы которого представляют собой гранулы с размерами порядка десятков мкм, имеющие на поверхности вытянутую волокнистую структуру, подобную мочалу, с диаметром волокон порядка единиц и даже долей мкм с присоединенными к ним радикалами углерода С-С5 с наноструктурными порами. Толщина слоя сплава металлов может варьироваться от долей микрометров до десятков микрометров при неизменном размере пор. Конкретная толщина слоя выбирается исходя из требований по прочности конструкции.The basis of the composite is a carbon mixture of high reactivity, the main composition of which is carbon nanocrystals with radicals of the form C-C 5 attached to them. The carbon mixture of high reactivity in the initial state is a substance in the form of a powder, the particles of which are granules with sizes on the order of tens of microns, having an elongated fibrous structure on the surface, similar to a bast, with fiber diameters of the order of units and even fractions of microns with radicals attached to them carbon С-С 5 with nanostructured pores. The thickness of the metal alloy layer can vary from fractions of micrometers to tens of micrometers with a constant pore size. The specific layer thickness is selected based on the requirements for structural strength.
Процесс изготовления металлуглеродного композита заключается в нанесении на поверхность пор слоев металла до полного заполнения пор приповерхностного слоя. Нанесение осуществляется газофазным пиролизом соединений указанных металлов в вертикальном реакторе, в котором располагается формообразующая кварцевая изложница, в которую насыпается углеродная смесь. Через смесь насосом прокачивается карбонил никеля, или карбонил хрома, или карбонил железа, или йодистый титан, или соединение другого металла. В качестве газа-носителя используется инертный газ. The process of manufacturing a carbon-carbon composite consists in applying metal layers to the pore surface until the pores of the surface layer are completely filled. The application is carried out by gas-phase pyrolysis of compounds of these metals in a vertical reactor in which a quartz mold is placed, into which a carbon mixture is poured. Nickel carbonyl, or chromium carbonyl, or iron carbonyl, or titanium iodide, or a compound of another metal is pumped through the mixture. An inert gas is used as the carrier gas.
Путем уплотнения углеродной смеси в изложнице перед газофазным нанесением слоев можно регулировать размер пор. By compacting the carbon mixture in the mold before puffing, the pore size can be adjusted.
Углеродная смесь высокой реакционной способности может быть получена одним из известных способов, описанных в патенте RU 2163883, опубл. 10.03.2001. The carbon mixture of high reactivity can be obtained by one of the known methods described in patent RU 2163883, publ. 03/10/2001.
Согласно описанной в указанном патенте технологии химическая обработка исходного графитосодержащего сырья (природного чешуйчатого графита или графита в виде порошка) производится галогенкислородными соединениями общей формулы МХОn, где: М - одно из химических веществ ряда: Н, NH4, Na, К; X - одно из химических веществ ряда: Cl, Br, J; a n=1-4, с образованием инициирующих комплексов, способных в результате или фотохимического, или электрохимического, или механического, или термохимического, или сонохимического, или прямого химического воздействия к экзотермическому взрывообразному разложению с последующим инициированием автокаталитического процесса распада соединения. Инициирующие комплексы вводятся в межслоевые пространства графита, инициируется их взрывообразное разложение и происходит разрыв не только Ван-дер-Ваальсовых, но и ковалентных связей с образованием так называемой углеродной смеси высокой реакционной способности (УСВР).According to the technology described in the said patent, the chemical treatment of the initial graphite-containing raw materials (natural flake graphite or graphite in the form of a powder) is carried out by halogen-oxygen compounds of the general formula MXO n , where: M is one of a number of chemical substances: H, NH 4 , Na, K; X is one of the chemicals in the series: Cl, Br, J; an = 1-4, with the formation of initiating complexes capable of either photochemical, or electrochemical, or mechanical, or thermochemical, or sonochemical, or direct chemical exposure to exothermic explosive decomposition followed by the initiation of an autocatalytic decomposition process of the compound. The initiating complexes are introduced into the interlayer spaces of graphite, their explosive decomposition is initiated, and not only the van der Waals bonds are broken, but also covalent bonds with the formation of the so-called high reactivity carbon mixture (UWR).
Процесс преобразования графита осуществляется в любой емкости (сосуде и т.п.), в том числе возможен и без доступа кислорода. The process of graphite conversion is carried out in any capacity (vessel, etc.), including the possibility without oxygen access.
Процесс преобразования графита (разрыв Ван-дер-Ваальсовых связей) осуществляется под воздействием микровзрывов вводимых в межслойные пространства графита взрывчатых веществ, в данном случае названных инициирующими комплексами. Взрывчатое вещество находится в межслойном пространстве на молекулярном уровне и химическим путем инициируется до взрыва. В результате энергий, высвобождаемых микровзрывом, происходят разрывы не только Ван-дер-Ваальсовых связей, но и межатомарных связей с образованием углеродных наноструктур (нанотрубок) с присоединенными к ним не только свободными радикалами С, С2, С3, С4, C5, но и радикалами в виде гексагоналов (одного или нескольких) с присоединенными к ним радикалами вида С, С2, С3, С4 и С5, обеспечивающих в совокупности высокую реакционную способность получаемой углеродной смеси.The process of graphite transformation (breaking of van der Waals bonds) is carried out under the influence of microexplosions of explosives introduced into the interlayer spaces of graphite, in this case called initiating complexes. Explosive is in the interlayer space at the molecular level and is chemically initiated before the explosion. As a result of the energies released by the microexplosion, not only the van der Waals bonds break, but also the atomic bonds with the formation of carbon nanostructures (nanotubes) with not only the free radicals C, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 attached to them , but also with radicals in the form of hexagons (one or more) with radicals of the form C, C 2 , C 3 , C 4 and C 5 attached to them, which together provide a high reactivity of the resulting carbon mixture.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001124389/02A RU2200092C1 (en) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001124389/02A RU2200092C1 (en) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2200092C1 true RU2200092C1 (en) | 2003-03-10 |
Family
ID=20252967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001124389/02A RU2200092C1 (en) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2200092C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1529858A1 (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-11 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Composite and method of manufacturing the same |
WO2013070339A1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-16 | K Tube Technology LLC | Systems, devices, and/or methods for solar cells comprising a light amplification element |
WO2013070338A1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-16 | K Tube Technology LLC | Systems, devices, and/or methods for preparation of graphene and graphene hybrid composite via the pyrolysis of milled solid carbon sources |
RU2483021C2 (en) * | 2008-10-24 | 2013-05-27 | Кме Джермани Аг Унд Ко. Кг | Method of production of coating containing carbon nanotubes, fullerenes and/or graphenes |
RU2570672C1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) | Method of producing of composite material of carbon-nickel system |
-
2001
- 2001-09-04 RU RU2001124389/02A patent/RU2200092C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1529858A1 (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-11 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Composite and method of manufacturing the same |
RU2483021C2 (en) * | 2008-10-24 | 2013-05-27 | Кме Джермани Аг Унд Ко. Кг | Method of production of coating containing carbon nanotubes, fullerenes and/or graphenes |
WO2013070339A1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-16 | K Tube Technology LLC | Systems, devices, and/or methods for solar cells comprising a light amplification element |
WO2013070338A1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-16 | K Tube Technology LLC | Systems, devices, and/or methods for preparation of graphene and graphene hybrid composite via the pyrolysis of milled solid carbon sources |
RU2570672C1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) | Method of producing of composite material of carbon-nickel system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | Building nanoporous metal–organic frameworks “armor” on fibers for high-performance composite materials | |
Lu et al. | Highly stable carbon-protected cobalt nanoparticles and graphite shells | |
Niu et al. | Distinctive defects engineering in graphitic carbon nitride for greatly extended visible light photocatalytic hydrogen evolution | |
US4900483A (en) | Method of producing isotropically reinforced net-shape microcomposites | |
Kyotani | Control of pore structure in carbon | |
JP2860276B2 (en) | Fluffy fibers containing novel carbon fibrils | |
Martin et al. | General strategy for high-density covalent functionalization of diamond nanoparticles using fenton chemistry | |
Shchukin et al. | Ultrasonic cavitation at solid surfaces | |
JP2023145603A (en) | Multifunctional nanocomposites reinforced with impregnated cellular carbon nanostructures | |
RU2200092C1 (en) | Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof | |
US20160137533A1 (en) | Binder-free carbon nanotube electrode for electrochemical removal of chromium | |
Mashentseva et al. | Comparative catalytic activity of PET track-etched membranes with embedded silver and gold nanotubes | |
Xie et al. | Kinetics‐Regulated Interfacial Selective Superassembly of Asymmetric Smart Nanovehicles with Tailored Topological Hollow Architectures | |
Anwar et al. | Nano-cementitious composites modified with Graphene Oxide–a review | |
TW304891B (en) | ||
Su et al. | KOH-activated geopolymer microspheres recycle Co (II) with higher adsorption capacity than NaOH-activated ones | |
US4970123A (en) | Isotropically reinforced net-shape microcomposites | |
Kan et al. | Molten salt synthesis of porous chromium carbide/carbon biomorphic ceramics for Pb2+ removal from water | |
Krishnan et al. | Syntheses and fabrication of mesoporous styrene-co-methyl methacrylate-graphene composites for oil removal | |
Sergeev et al. | Encapsulation of small metal particles in solid organic matrices | |
Sivasankaran et al. | A novel sonochemical synthesis of nano-size silicon nitride and titanium carbide | |
Mei et al. | Quantitative Coassembly for Precise Synthesis of Mesoporous Nanospheres with Pore Structure‐Dependent Catalytic Performance | |
JP4776530B2 (en) | Method for producing activated carbon molded body with frame inserted | |
Tang et al. | Overlooked role of void-nanoconfined effect in emerging pollutant degradation: Modulating the electronic structure of active sites to accelerate catalytic oxidation | |
Montes et al. | Distribution of potassium during chemical activation of petroleum coke: Electron microscopy evidence and links to phase behaviour |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050905 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070527 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170905 |