|
Modyfikacje materiałów węglowych dodatkami uszlachetniającymi
W ramach przez kilkadziesiąt lat kształtowanego tradycyjnego już nurtu
badawczego Zakładu, którego obecnie jestem kierownikiem, od
kilku lat kieruję pracami i współuczestniczę w ich realizacji w
zakresie otrzymywania i charakterystyki materiałów węglowych,
szczególnie zagadnień związanych z modyfikacją ich właściwości
poprzez zastosowanie dodatków organicznych i
nieorganicznych.
Byłem w ostatnich latach promotorem dwóch prac doktorskich z tego właśnie zakresu. Jedna z tych prac dotyczyła modyfikacji właściwości reologicznych, zwłaszcza zwilżalności lepiszcza elektrodowego dodatkami substancji powierzchniowo czynnych. Jako modyfikatorów użyto kwasów i olejów organicznych oraz alkoholi, zaś badaniom poddano napięcie powierzchniowe, zwilżalność względem układów modelowych, lepkość, temperatury topnienia oraz szybkości rozpływania topiącego się paku na różnych powierzchniach. Określono jakościowo i ilościowo wpływ małych ilości dodatków tego typu na wypadkowe użyteczne cechy karbonizatów uzyskanych z ich pomocą (reaktywność, oporność elektryczna, wytrzymałość mechaniczna), co służyć może do prognozowania właściwości pochodnych węglowych materiałów wykładzinowych i elektrodowych. Drugi obszar badawczy w tej dziedzinie dotyczy zastosowania nieorganicznych dodatków do paków węglowych (np. Si, Ti, B), których użycie wiedzie na wskutek termochemicznych reakcji zachodzących w czasie karbonizacji do kompozytowych materiałów węglowych modyfikowanych odpowiednim węglikiem (SiC, TiC, B4C) o korzystnych właściwościach mechanicznych i podwyższonej odporności na działanie czynników utleniających. Na przykład, w układzie pak/prekursor krzemu, przebadano etapowo termochemiczną konwersje takich modyfikatorów krzemowych jak pierwiastkowy Si, krzemionka, polimer karbometylosilanowy, handlowy SiC oraz polimer siloksanowy wiodące do kompozytów C/nano-SiC już w temp. 1300 ºC (Si, polimer karbometylosilanowy) lub dopiero po etapie karbonizacji w temp. 1650 ºC (krzemionka, polimer siloksanowy). Kompleksowe badania takich układów prekursorowych, wykonane przy użyciu komplementarnych metod analizy instrumentalnej, umożliwiły zarówno uchwycenie początkowych etapów konwersji jak i całkowitego powstawania nano-SiC w określonych warunkach temperaturowych. Badania „globalnych” cech użytkowych zmodyfikowanych karbonizatów (reaktywność, oporność elektryczna, porowatość, gęstość) wskazały na możliwe zakresy kształtowania się tych właściwości. Zaobserwowano przy tym wyraźny inhibicyjny wpływ każdego dodatku krzemowego na równolegle do jego konwersji zachodzący proces krystalizacji/porządkowania struktury matrycy węglowej (najsilniejszy dla polimeru karbometylosilanowego). Podobnie badano termochemiczne procesy konwersji dla układów prekursorowych typu B2O3/pak i pierwiastkowy B/pak oraz TiO2/pak, wiodące w określonych warunkach do kompozytów, odpowiednio, C/B4C oraz C/TiC. W przypadku układów z prekursorami boru zaobserwowano m.in. niekorzystne zjawiska związane ze stratami części boru w czasie karbonizacji. We wszystkich przypadkach zastosowane warunki doświadczalne powodowały powstawanie nanokrystalicznych węglików zdyspergowanych w turbostratycznej matrycy węglowej, a więc kompozytów węgiel/nano-węglik. |