RU2200092C1 - Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof - Google Patents

Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof Download PDF

Info

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
Application number
RU2001124389/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Петрик
Original Assignee
Петрик Виктор Иванович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Петрик Виктор Иванович filed Critical Петрик Виктор Иванович
Priority to RU2001124389/02A priority Critical patent/RU2200092C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2200092C1 publication Critical patent/RU2200092C1/en

Links

Abstract

FIELD: composites. SUBSTANCE: invention relates to metal composites reinforced by carbon reinforcer and can be used for manufacturing structural products from fine-pore fine-dispersed low-density composites. Invention, in particular, provides metal-carbon composite containing porous carbon-material substrate and metal layer disposed in substrate pores, said carbon-material substrate being made from carbon mixture consisting of expanded graphite and 10% of carbon nanotubes with free radicals attached to them, whereas metal layer is disposed in near-surface pores of substrate. Nanotubes are 1-10 nm in size and free radicals are those of the type C, C2, C3, C4, C5 and/or radicals in the form of one or several assembled hexagonal structures and/or hexagonal structures with C, C2, C3, C4, C5-type radicals attached to them, whereas metal layer is made from nickel, titanium, chromium, iron, or radioactive metal. Metal-carbon composite is manufactured by applying metal layer on porous carbon material substrate using gas-phase metallization technique, this operation being stopped when open pores of the surface of substrate are completely filled with metal. Metallization is accomplished by gas-phase pyrolysis of metal compounds such as nickel carbonyl, chromium carbonyl, iron carbonyl, or titanium iodide, and carrying gas is an inert gas. EFFECT: increased strength of composite and lowered its density. 7 cl

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)

1. Металлуглеродистый композит, содержащий пористую основу из углеродного материала и слой металла, размещенный в порах основы, отличающийся тем, что основа выполнена в виде углеродной смеси, состоящей из расширенного графита и нанотрубок углерода с присоединенными к ним свободными радикалами, причем содержание нанотрубок в смеси не менее 10%, а слой металла размещен в приповерхностных порах основы. 1. Metallocarbon composite containing a porous base of carbon material and a metal layer located in the pores of the base, characterized in that the base is made in the form of a carbon mixture consisting of expanded graphite and carbon nanotubes with attached free radicals, and the content of nanotubes in the mixture not less than 10%, and the metal layer is placed in the surface pores of the base. 2. Композит по п. 1, отличающийся тем, что нанотрубки имеют размер 1-10 нм, а свободные радикалы представляют собой С, С2, С3, С4, С5 и/или радикалы в виде одного или нескольких соединенных гексагоналов и/или гексагоналов с присоединенными к ним радикалами вида С, C2, С3, С4, C5.2. The composite according to claim 1, characterized in that the nanotubes are 1-10 nm in size, and the free radicals are C, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 and / or radicals in the form of one or more connected hexagons and / or hexagons with attached radicals of the form C, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 . 3. Композит по п. 1 или 2, отличающийся тем, что слой металла выполнен из никеля, или титана, или хрома, или железа, или радиоактивного металла. 3. The composite according to claim 1 or 2, characterized in that the metal layer is made of nickel, or titanium, or chromium, or iron, or a radioactive metal. 4. Способ получения металлуглеродного композита, включающий нанесение слоя металла на пористую основу из углеродного материала, отличающийся тем, что в качестве основы используют углеродную смесь высокой реакционной способности, содержащую нанотрубки с присоединенными к ним свободными радикалами, а нанесение слоя металла осуществляют путем газофазной металлизации основы, причем процесс металлизации прекращают после полного заполнения открытых на поверхность основы пор металлом. 4. A method of obtaining a carbon-carbon composite, comprising applying a metal layer to a porous base of carbon material, characterized in that the base is a carbon mixture of high reactivity containing nanotubes with attached free radicals, and the deposition of a metal layer is carried out by gas-phase metallization of the base moreover, the metallization process is stopped after the pores are completely filled with metal open to the surface of the substrate. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что металлизацию основы осуществляют газофазным пиролизом соединений металла. 5. The method according to p. 4, characterized in that the metallization of the base is carried out by gas-phase pyrolysis of metal compounds. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве соединения металла используют карбонил никеля, или карбонил хрома, или карбонил железа, или йодистый титан. 6. The method according to p. 5, characterized in that the metal compounds used are nickel carbonyl, or chromium carbonyl, or iron carbonyl, or titanium iodide. 7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют инертный газ. 7. The method according to p. 5 or 6, characterized in that inert gas is used as the carrier gas.
RU2001124389/02A 2001-09-04 2001-09-04 Nano-pore metal-carbon composite and method for manufacture thereof RU2200092C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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