Электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЙ ТЕРМОСТОЙКИЙ ФОСФАТНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ(71) Заявители Учреждение Белорусского физико-химических проблемгосударственного университета Научно-исследовательское учреждение Научно-исследовательский инИнститут ядерных проблем Белорусститут физико-химических проблем ского государственного университета Учреждение Российской акадеучреждение Институт ядерных промии наук Институт неорганической блем Белорусского государственнохимии го университетаУчреждение им. А.В.Николаева Сибирского отделеРоссийской академии наук Институт ния РАНнеорганической химии им. (56)1701695 1, 1991. А.В.Николаева Сибирского отделе 2033404 1, 1995. ния РАНСУДАКАС Л.Г. Фосфатные вяжущие(72) Авторы Ивашкевич Олег Анатольесистемы. - Санкт-Петербург, 2008. вичЛапко Константин НиколаС. 227-228. евичЛесникович Анатолий 522158, 1976. ИвановичЛомоносов ВладиКОПЕЙКИН В.А. и др. Материалы на мир АлександровичКужир Пооснове металлофосфатов. - М. Химия,лина ПавловнаМаксименко 1976. - С. 99. Сергей АфанасьевичБулушева Любовь ГеннадьевнаОкотруб Александр Владимирович(57) Электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал, содержащий связующее, модифицирующую добавку и наполнитель, отличающийся тем, что в качестве связующего содержит алюмофосфатное связующее, в качестве модифицирующей добавки содержит углеродные нанотрубки и в качестве наполнителя содержит смесь оксида алюминия и нитрида алюминия в соотношении 91 при следующем соотношении компонентов материала, мас.алюмофосфатное связующее 14-16 углеродные нанотрубки 0,5-2,0 смесь оксида алюминия и нитрида алюминия остальное. Изобретение относится к термостойким материалам фосфатного твердения, обладающим высокой электропроводностью. Могут быть использованы в области электромагнитных, авиационных и космических технологий, в строительной отрасли. 18255 1 2014.06.30 В настоящее время особый интерес представляют термостойкие материалы, обладающие высокой электропроводностью. В большинстве случаев основу (матрицу) термостойких материалов составляют фосфатные вяжущие системы, наиболее эффективные как с точки зрения технологии изготовления изделий, так и с точки зрения эксплуатационных характеристик 1-3. Термостойкие материалы с повышенной электропроводностью получают путем введения в матрицу металлических или неметаллических проводящих компонентов. Использование металлических и, в большинстве случаев, неметаллических наполнителей приводит к значительному увеличению массы вещества, что является весьма нежелательным для многих изделий, особенно для тех, которые используются в ракетно-космической и авиационной технике. Очень эффективными с этой точки зрения оказались углеродсодержащие волокнистые материалы и углеродные нанотрубки. Кроме хорошей электропроводности они обладают высокой прочностью, химической и радиационной стойкостью. Известен электропроводящий термостойкий фосфатный материал - вяжущее 4, включающий ортофосфорную кислоту (27,8-34,8 вес. ), фосфорсодержащее углеродное волокно(16,7-21,7 вес. ) и окись меди (остальное). Введение в состав вяжущего фосфорсодержащего углеродного волокна привело к уменьшению удельного электросопротивления на 7-8 порядков, а коэффициента термического расширения в 25 раз. Кроме того, материалы обладают водостойкостью и высокой прочностью. Недостатками данного материала являются невысокая электропроводность и трудоемкий процесс получения фосфорированного углеродного волокна. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электропроводящий термостойкий фосфатный материал - сырьевая смесь для изготовления вяжущего 5, который содержит (мас. ) ортофосфорную кислоту (28,6-31,0) - связующее, оксид меди (57,5-68,0) наполнитель, медьсодержащее углеродное волокно (3,4-11,5) - модифицирующая добавка. Изобретение позволило повысить водостойкость указанного материала в 4 раза, а удельное объемное электросопротивление снизить до 10-30 Омм. Недостатками этого изобретения являются невысокая электропроводность и трудоемкость процесса получения медьсодержащего углеродного волокна. Полученные значения не являются достаточно высокими и ограничивают широкое использование данного материала в промышленности. Задачей заявляемого изобретения является снижение удельного объемного сопротивления разрабатываемого материала при сохранении его высоких показателей по прочности и термостойкости. Поставленная задача достигается тем. что электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал, состоящий из связующего, наполнителя и модифицирующей добавки, содержит в качестве связующего алюмофосфатное соединение (АФС), в качестве наполнителя - смесь оксида и нитрида алюминия (9,01,0), а в качестве модифицирующей добавки - углеродные нанотрубки (УНТ) при следующем соотношении компонентов, мас.алюмофосфатная связка 14-16 УНТ 0,5-2,0 наполнитель (2 з-) остальное. Предлагаемый электропроводящий термостойкий композиционный материал состоит из алюмофосфатного связующего, наполнителя и модифицирующей добавки. Алюмофосфатное связующее готовится путем растворения гидроксида алюминия в растворе фосфорной кислоты с массовой долей 60 . Мольное отношение 34/3 равно 3. Растворение производится при непрерывном перемешивании и слабом нагревании (80-90 С) до получения прозрачного гомогенного раствора. После охлаждения раствора до комнатной температуры (15-25 С) раствор разбавляют до плотности, равной 1,35-1,45 г/см 3. Наполнитель - однородная смесь порошков оксида и нитрида алюминия с массовым соотношением 9,01,0. 2 18255 1 2014.06.30 Модифицирующая добавка - углеродные нанотрубки (УНТ) - получены известным способом парофазного осажденияс использованием раствора ферроцена (2 мас. ) в толуоле при температуре 800 С, скорость потока 250 см 3/мин, продолжительность синтеза 15 мин. Средний размер УНТ длина 10-20 мкм, толщина 9-20 нм. Приготовление образцов. Алюмофосфатную связку (АФС), смесь основного наполнителя и УНТ в массовых соотношениях в соответствии с таблицей перетирают в агатовой ступке до получения однородной массы, которую затем помещают в пресс-форму с диаметром 15 мм и прессуют при давлении 50 кгс/см 2. Полученные образцы (бруски, таблетки) отверждают при комнатной температуре в течение суток, а затем нагревают до 200 С со скоростью 1 С/мин,после выдержки в течение 1 ч образцы охлаждают в печи. Сочетание качественного и количественного соотношения компонентов позволило повысить функциональные характеристики материала. Результаты измерения удельного объемного электросопротивления (Омм) образцов представлены в таблице. Пример 1 2 3 4 5 6 7 Состав композиционного материала, мас.Связующее Наполнитель УНТ АФС 2315 85,0 0 14 85,5 0,5 15 84,5 0,5 15 84,0 1,0 15 83,0 2,0 16 83,0 1,0 прототип Термостойкий алюмофосфатный композиционный материал с УНТ характеризуется более низким, в сравнении с прототипом, значением удельного объемного сопротивления (ниже на 1,5-2 порядка) при практически неизменных параметрах по прочности(сжатия 30 МПа) и термостойкости (до 600 С). При использовании смеси составов 2, 3 не достигается эффект приобретения композицией максимальных значений электропроводимости. Превышение содержания УНТ над предлагаемым (более 2 мас. ) не позволяет достичь необходимой гомогенности состава при перемешивании компонентов и ухудшает физико-механические свойства композиционного материала. Таким образом, заявленный электропроводящий термостойкий фосфатный композиционный материал позволяет снизить удельное объемное сопротивление на 1,5-2 порядка и сократить количество введенной дорогостоящей модифицирующей добавки до 2 . Источники информации 1. Копейкин В.А. и др. Материалы на основе металлофосфатов. - М. Химия, 1976. - С. 99. 2. Судакас Л.Г. Фосфатные вяжущие системы. - Санкт-Петербург, 2008. - С. 227-228. 3.2033404 С 1, 1995. 4.522158, 1976. 5.1701695, 1991. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3