Влияние геоматериалов на триботехнические свойства пар трения

Серпентиниты как сырье для производства триботехнических составов относятся к группе индустриальных нерудных полезных ископаемых, свойства которых при современном уровне развития

Влияние геоматериалов на триботехнические свойства пар трения

Дипломная работа

Разное

Другие дипломы по предмету

Разное

Сдать работу со 100% гаранией
углерода в молекуле C60 находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника и принципиально неотличим от других атомов углерода. Атомы углерода ,образующие сферу, связаны между собой сильной ковалентной связью. Толщина сферической оболочки 0,1 нм, радиус молекулы С60 0,357 нм. Длина связи С-С в пятиугольнике - 0,143 нм, в шестиугольнике - 0,139 нм. Молекулы высших фуллеренов С70 С74, С76, С84 , С164, С192, С216, также имеют форму замкнутой поверхности. Фуллерены с n< 60 оказались неустойчивыми, оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С20. При этом кристалл фуллерита имеет плотность 1,7 г/см 3, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см 3) и алмаза (3,5 г/см ).

Благодаря своему сетчато-шарообразному строению фуллерены оказались идеальными наполнителями и идеальной смазкой. Они катаются, словно шарики размером с молекулу между трущимися поверхностями. Комбинируя внутри углеродных шаров разные атомы и молекулы, можно создавать самые фантастические материалы будущего.

Фуллерены могут использоваться в нанотехнологии, медицине, ракетном строительстве, в военных целях, электронике, оптикоэлектронике, машинном производстве, в производстве технической продукции, компьютеров и др., и во всех случаях рабочие параметры оборудования значительно улучшаются, качество повышается, технологии становятся более эффективными и простыми. Например, американские исследователи учёные разработали технологию, которая позволяет на любую поверхность нанести тончайшие элементы солнечных батарей - они представляют собой многослойную полимерную пленку, содержащую все те же фуллерены. Такие элементы обладают пока примерно в четыре раза более низким коэффициентом полезного действия, чем традиционные батареи на основе кремния, но они значительно проще и дешевле в производстве. Возможно, уже в ближайшем будущем промышленность начнет выпускать солнечные батареи рулонами - как обои. В одном из университетов Швеции в ходе опытов с фуллеренами неожиданно для самих ученых был получен слоеный материал, напоминающий фольгу, проложенную тонкими слоями бумаги. Прозрачный и гибкий материал оказался магнитом и сохранял свои свойства даже при температуре свыше 200 градусов. Его вполне возможно использовать для создания компьютерной памяти с помощью записи лазерным лучом. Благодаря этому достигается очень высокая плотность носителя информации.

Основное препятствие - высокая цена искусственных изотопов. Стоимость фуллеренов самого высокого качества составляет около 900 долларов США за грамм, более низкого качества - около 40 долларов за грамм в зависимости от степени чистоты фуллеренов. Эти недостатки искусственных фуллеренов искупают фуллерены природные, которые были обнаружены в земной коре после открытия уникального вещества в научных лабораториях.

Впервые о земном существовании уникального вещества научный мир узнал после того, как один из бывших советских ученых исследовал в Аризонском университете (США) образцы карельских шунгитов, и, к удивлению, обнаружил там углеродные глобулы с фуллеренами. После этого и начался интенсивный поиск других пород, содержащих фуллерены, возникли вопросы об их происхождении на Земле.

Позднее земные фуллерены были найдены в Канаде, Австралии и в Мексике - и в каждой из этих стран они были обнаружены на местах падения метеоритов. При этом некоторые фуллерены были заполнены: внутри оболочек находились атомы гелия. Странным оказался тот факт, что фуллерены хранили не гелий-4 - изотоп, который обычно присутствует в земных породах, - а редкий для Земли изотоп гелий-3.

По мнению ученых такие фуллерены могли образоваться только в космических условиях, в так называемых углеродных звездах или в ближайшем их окружении. Удалось определить время появления исследованных фуллеренов на Земле. Кратер от падения канадского метеорита образовался около двух миллиардов лет назад, в архейскую эру, когда Земля еще была безжизненна. Другие фуллерены были обнаружены на границе отложений пермского и триасового периодов, их возраст оценен в 250 млн. лет. Именно тогда в Землю врезался гигантский астероид, вызвавший катастрофические разрушения.

Шунгит обладает высокой активностью в окислительно-восстановительных процессах, сорбционными и каталитическими свойствами и находится в тесном контакте с входящими в его состав силикатами. По данным работ выполненных в ВИМСе и Химико-технологическом университете им. Менделеева шунгитовый сорбент проигрывает активированному углю на первом этапе, в течение первых 250 часов, а в дальнейшем начинает очищать раствор с более высокой и постоянной скоростью. Это объясняется каталитическими свойствами шунгита, способностью каталитически окислять сорбируемые органические вещества.

Шунгит как сильный восстановитель поглощает кислород из воды. В процессе химического взаимодействия с этим кислородом образуется атомарный кислород, являющийся сильнейшим окислителем и окисляющий сорбированные органические вещества до CO2 и H2O и освобождающий поверхность шунгита для новых актов сорбции.

Длительное действие шунгита по отношению к растворенным металлам объясняется тем, что металлы переводятся шунгитом в форму нерастворимых карбонатов. Этому способствует процесс окисления органических веществ до CO2.

Такая структура и свойства шунгита определяют эффективность его использования в окислительно-восстановительных процессах:

·в доменном производстве литейных (высококремнистых) чугунов;

·в производстве ферросплавов;

·в производстве фосфора;

·в производстве карбида и нитрида кремния;

·как наполнитель термостойких красок.

Именно сорбционные, каталитические и восстановительные свойства шунгитовых пород позволяют успешно очищать сточные воды от многих органических и неорганических веществ (нефтепродуктов, пестицидов, фенолов, поверхностно-активных веществ и др.).

Единственное месторождение шунгитовых пород - Зажогинское, находится в Медвежьегорском районе Республики Карелия в 5 км от судоходной губы Онежского озера. Производственная мощность предприятия по добыче и переработке шунгита - 200 тыс. тонн в год. Шунгитные запасы Зажогинского месторождения составляют 35 млн тонн. В настоящее время предприятие поставляет шунгит для доменного производства литейного чугуна, водоочистки и производства тонких порошков. При производстве литейного чугуна 1 тонна шунгита заменяет 1,3 тонны кокса. Использование шунгита обеспечивает глубокую очистку сточных вод от нефтепродуктов.

 

.1.1.2 Структура, состав и свойства шунгита

Шунгит - необычная углеродсодержащая порода. Её необычность - в структуре и свойствах шунгитового углерода и его взаимоотношениях с силикатными компонентами.

 

 

Шунгитовый углерод

Шунгитовый углерод - элементарный углерод со специфичной шунгитовой структурой. Основу её представляет многослойная глобула размером около 10 нм. Такая структура очень активная в окислительно-восстановительных реакциях, обладающая сорбционными и каталитическими свойствами.

 

 

Нанодифракционна картина шунгитового углерода (зонд 0,3 - 0,7 нм.)

Структура шунгита

Углерод в породе образует матрицу, в которой распределены высокодисперсные силикаты с размером частиц 0,5 - мкм.

 

Структура шунгитовой породы

Состав шунгита

Зажогинское месторождение представлено шунгитами следующего состава:

Основные минералы, входящие в состав шунгита:

углерод.........................................................30

кварц.............................................................45

сложные силикаты (слюды, хлориды).......20

сульфиты……................................................3

 

Химический состав шунгита (масс. %):

SiO2TiO2Ai2O3FeOMgOCaONa2OK2OSCH2O крис.57,00,24,02,51,20,30,21,51,230,01,7

Породы в пределах Зажогинского месторождения достаточно стабильны по составу. Сумма (C+SiO2) находится в пределах 83 - 88%

 

Распределение углерода в шунгитах Зажогинского месторождения

 

 

Распределение диоксида кремния в шунгитах Зажогинского месторождения

 

Свойства шунгита

Плотность 2,1 -2,4 г/см3.

Пористость до 5%.

Прочность на сжатие 1000-1200 ктс/см3.

Электропроводимость 1500 сим/м.

Частицы шунгита, независимо от их размера, обладают биполярными свойствами. Следствием этого является высокая адгезия и способность шунгита смешиваться без исключения со всеми веществами.

В термических процессах между углеродом и силикатами происходит интенсивная окислительно-восстановительеая реакция с образованием металлического кремния

 

Sio2+2C --> Si+2CO

или карбида кремния SiO2+3C --> SiC+2CO

Реакции эти в шунгите осуществляются более энергично, с меньшими энергозатратами, чем в традиционной шихте на основе кремнезема и кокса.

Поверхность дробленых, молотых и тонкомолотых материалов на основе шунгита Зажогинского месторождения обладает биполярными свойствами, поэтому шунгитовые наполнители способны смешиваться без исключения со всеми связующими как органической, так и неорганической природы.

Физические свойства шунгита:

Плотность - 2,25-2,40 г/см3; пористость - 0,5-5%; прочность на сжатие 100-150 Мпа; модуль упругости (Е) - 0,31*105 Мпа; электропроводность - (1-3) х 103 сим/м ; теплопроводность - 3,8 вт/м·к. Среднее значение к.т.р. в интервале температур 20-600 0С - 12х10 -6 1/град.

Порода обладает сорбционными, каталитическими, бактерицидными свойствами, биологической активностью, способностью поглощать и нейтрализовать электромагнитные излуч

Похожие работы

< 1 2 3 4 5 6 > >>