ПРИНЦИПЫ И КОНЦЕПЦИИ ХИМИЧЕСКОГО НАНОКОНСТРУИРОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

  • 29 января, 2021
  • by seoru
  • Научная деятельность
  • Комментарии к записи ПРИНЦИПЫ И КОНЦЕПЦИИ ХИМИЧЕСКОГО НАНОКОНСТРУИРОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ отключены

   Дерлугян Ф.П., Логинов В.Т., Дерлугян П.Д., Трофимов Г.Е.

С точки зрения химического материаловедения композиционный материал (композит) – многокомпонентная система, каждая в общем случае многофазная компонента которой имеет свое функциональное предназначение и обеспечивает проявление определенного свойства. Одновременное функционирование всех компонент композита может сопровождаться эффектом синергизма их свойств и привести к улучшению соответствующих характеристик материала.

Величина вклада эффекта синергизма в определенное свойство при заданных термодинамических условиях и режимов эксплуатации зависит от следующих факторов:

  • индивидуальных показателей этого свойства для фаз компонентов композита;
  • количественного соотношения фаз в компонентах и компонентов в композите;
  • микроструктурных характеристик фаз и характера их распределения в объеме материала и на поверхности;
  • физико-механических, теплофизических, физико-химических, трибологических свойств отдельных фаз и компонентов композита и многих других факторов, которые необходимо учитывать при химическом нанокоструировании.

Под химическим наноконструировании материала антифрикционного назначения можно понимать комплекс работ по теоретическому обоснованию компонентного состава разрабатываемого материала, выявлению процессов взаимодействия элементов многокомпонентной системы, изучению факторов, реализующих принцип образования на ориентированных полимерных поверхностях при трении смазочных пленок, оптимизации технологических параметров получения заготовок и их механической и термической обработки, проектированию конструкции подшипниковых узлов с учетом особенностей материала. Метод химического наноконструирования применяется в случае, если известные в практике материалы не обеспечивают надежную работу узлов трения в условиях эксплуатации. Для этого определяются технические требования к материалу, включая значения триботехнических (коэффициент трения и износостойкость), физико-механических, электрических и других специальных характеристик, обеспечивающих работоспособность механизмов в экстремальных условиях. Материалы должны обладать биологической стойкостью к действиям грибков и микроорганизмов, быть невосприимчивыми к обрастанию в речной и морской воде, легко обрабатываться на металлорежущих станках, обеспечивая требуемое сопряжение с металлическим контртелом, не вызывать коррозии контактирующих с ними металлов.

Разработка технологии композиционных материалов должна учитывать исследования технологических параметров этапов получения композитов на макро и микроуровнях. Эффективность разработки материалов с заданными свойствами будет тем выше, чем полнее они будут приближаться к конкретным условиям эксплуатации.

Под химическим нанокоструированием в данном случае будем понимать процесс теоретического конструирования композиционных антифрикционных материалов с определенным набором необходимых для практического применения свойств. Этот процесс конструирования основан на понимании изученной взаимосвязи «фазовый состав – микроструктурные характеристики – фазово-разупорядоченное состояние – трибологические свойства» и позволяет осуществить целенаправленный поиск новых материалов и решить комплекс оптимизационных и технологических задач их практического получения.

Основополагающими принципами химического наноконструирования являются фундаментальные принципы «определяемости»:

  1. Фазовый состав материала и микроструктурные характеристики фаз определяются инициальным фазовым составом композиции, технологией получения и режимами эксплуатации композита;
  2. Фазово-разупорядоченное состояние в объеме и на поверхности материала определяется фазовым составом, микроструктурными характеристиками фаз и режимом эксплуатации композита;
  3. Трибологические свойства материала определяются характеристиками фазово-разупорядоченного состояния поверхности и режимом эксплуатации композита.

Существенно дополняющими эти принципы химического наноконструирования могут служить оптимизационные принципы «достижения»:

  1. Принцип достижения максимальных показателей фазово-разупорядоченного сотояния поверхности композита и, следовательно, максимальной величины эффекта синергизма свойств его компонентов;
  2. Принцип достижения многофункциональности композиционного материала, т.е.достижения комплекса необходимых для его практического применения свойств;
  3. Принцип достижения максимальной экологичности технологии получения и максимальной экологической чистоты композита;
  4. Принцип технологичности получения композиционного материала.

В соответствии с основополагающими принципами и первым оптимизационным принципом для реализации химического наноконструирования композиционных антифрикционных материалов использованы следующие концепции: объемного и поверхностного фазоразупорядоченного состояния; синергизма трибологических свойств компонентов композита при соблюдении условия положительности градиента твердости фаз композита в процессе его эксплуатации.