Որո՞նք են նոր գրաֆիտային էլեկտրոդային նյութերի (օրինակ՝ ածխածնային մանրաթելով ամրացված գրաֆիտի և իզոստատիկ գրաֆիտի) առաջընթացային հատկությունները:

Նորարարական գրաֆիտային էլեկտրոդային նյութերը հասել են մեխանիկական հատկությունների, ջերմային հատկությունների, քիմիական կայունության և վերամշակելիության ոլորտում առաջընթացային բարելավումների: Ներկայացված են ածխածնային մանրաթելով ամրացված գրաֆիտով և իզոստատիկ գրաֆիտով, դրանց հիմնական կատարողականի առաջընթացները և կիրառման արժեքները հետևյալն են.

I. Ածխածնային մանրաթելով ամրացված գրաֆիտ. մեխանիկական հատկությունների հեղափոխական բարելավում

1. Ուժ և մոդուլի աճ
PAN ածխածնային մանրաթելերի մեջ փոքր քանակությամբ գրաֆեն (0.075 զանգվածային%) ներմուծելով, դրանց ձգման ամրությունը հասնում է 1916 ՄՊա-ի, իսկ Յանգի մոդուլը՝ 233 ԳՊա-ի, ինչը կազմում է համապատասխանաբար 225% և 184% աճ՝ համեմատած մաքուր PAN ածխածնային մանրաթելերի հետ։ Այս առաջընթացը բխում է գրաֆենի կողմից ածխածնային մանրաթելի միկրոկառուցվածքի օպտիմալացման շնորհիվ։

• Նվազեցված ծակոտկենություն. Գրաֆենի ավելացումը զգալիորեն նվազեցնում է մանրաթելերի ներսում ներքին ծակոտիների և խոռոչների չափը, գրեթե վերացնելով առանցքային միկրոծակոտիները ավելի բարձր կոնցենտրացիաներում (0.1 զանգվածային%), այդպիսով նվազեցնելով սթրեսի կոնցենտրացիայի կետերը:
• Դասավորված գրաֆիտային կառուցվածք. Ռամանի սպեկտրոսկոպիան ցույց է տալիս, որ գրաֆենի նանոշերտերը շրջապատված են PAN ածխացման ընթացքում ձևավորված գրաֆիտային կառուցվածքով, ինչի արդյունքում ստացվում է ավելի ամբողջական գրաֆիտային ցանց՝ ավելի քիչ արատներով և բյուրեղների բարելավված կողմնորոշմամբ։

2. Ընդլայնված կիրառման սցենարներ

• Ավիատիեզերք. Ածխածնային մանրաթելերով ամրացված գրաֆիտային կոմպոզիտները, որոնց խտությունը ալյումինե համաձուլվածքի ընդամենը 60%-ն է, և որոնք կարող են ձուլվել որպես մեկ կտոր (նվազեցնելով ամրակների օգտագործումը), լայնորեն օգտագործվում են ինքնաթիռների կառուցվածքային բաղադրիչներում (օրինակ՝ Boeing B-787-ում կոմպոզիտային նյութի օգտագործումը 50% է), հրթիռային տիեզերանավի թափքերում և արբանյակների մասերում:
• Բարձրակարգ արտադրություն. Նրանց աբլյացիայի դիմադրությունը դրանք կարևոր է դարձնում հրթիռային շարժիչների ծայրակալների, միջուկային ռեակտորի միջուկային կառուցվածքների և այլ ծայրահեղ միջավայրերի համար։

II. Իզոստատիկ գրաֆիտ. Համապարփակ առաջընթացներ բազմաթիվ հատկությունների համար

1. Մեխանիկական հատկություններ. գերազանցելով ավանդական պողպատներին

• Բարձր ամրություն և իզոտրոպություն. Իզոստատիկ սեղմման միջոցով դրա ձգման ամրությունը գերազանցում է 1000 ՄՊա-ն (շատ ավելի լավ, քան սովորական պողպատները), 1.0–1.1 իզոտրոպության հարաբերակցությամբ, վերացնելով ավանդական գրաֆիտի անիզոտրոպ արատները։
• Բարձր խտություն և մաշվածության դիմադրություն. 1.95 գ/սմ³ ծավալային խտությամբ, 80 ՄՊա-ից ավելի ծռման ամրությամբ և 200-260 ՄՊա սեղմման ամրությամբ այն հարմար է բարձր արդյունավետությամբ արգելակային կոճղակների, կնքվածքների և կրողներ արտադրելու համար։

2. Ջերմային հատկություններ. Կայունություն ծայրահեղ պայմաններում

• Բարձր ջերմաստիճանային և ջերմային ցնցումների դիմադրություն. Իներտ մթնոլորտներում դրա մեխանիկական ամրության գագաթնակետը հասնում է 2500°C-ի, 3650°C հալման և 4827°C եռման կետերի: Ջերմային ընդարձակման ցածր գործակիցը նվազագույնի է հասցնում չափերի փոփոխությունները, դարձնելով այն իդեալական հրթիռային բռնկման էլեկտրոդների, ծայրակալների և այլ բարձր ջերմաստիճանային բաղադրիչների համար:
• Բարձր ջերմահաղորդականություն. Դրա գերազանց ջերմահաղորդականությունը հնարավորություն է տալիս արագ ջերմափոխանակել, բարձրացնելով սարքավորումների արդյունավետությունը, օրինակ՝ CZ տիպի միաբյուրեղային ուղղակի քաշման վառարանի ջերմային դաշտի բաղադրիչներում (խորխորխորխներ, ջեռուցիչներ):

3. Քիմիական կայունություն. Կոռոզիայի դիմադրություն և օքսիդացման դիմադրություն
Այն կայուն է մնում ուժեղ թթուներում, ալկալիներում և օրգանական լուծիչներում՝ դիմադրելով հալված մետաղներից և ապակուց առաջացող էրոզիային, ինչը այն հարմար է դարձնում քիմիական տարաների, միջուկային ռեակտորի միջուկային կառուցվածքների և այլ քայքայիչ միջավայրերի համար։

4. Մշակելիություն. ճկունություն և ճշգրտություն
Այն կարող է մեքենայական մշակման ենթարկվել ցանկացած ձևի՝ բարդ նախագծային պահանջները բավարարելու համար, ինչպիսիք են էլեկտրոդները էլեկտրական պարպման մեքենայացման համար և գրաֆիտային կաղապարները անընդհատ մետաղի ձուլման համար։

III. Նորարարական գրաֆիտային էլեկտրոդային նյութերի արդյունաբերականացումը և ապագա ուղղությունները

1. Արդյունաբերականացման առաջընթաց

• Իզոստատիկ գրաֆիտ. նրա համաշխարհային շուկայական մասնաբաժինը շարունակում է աճել, իսկ Ինդոնեզիայում և Մարոկկոյում հզորությունների ընդլայնումը էլ ավելի է ամրապնդում նրա արդյունաբերական դիրքերը։
• Ածխածնային մանրաթելով ամրացված գրաֆիտ. Այն հաջողությամբ ընդունվել է միջազգային առաջատար մարտկոցների հաճախորդների կողմից և առաջատարն է աշխարհի առաջին միջազգային ստանդարտի մշակման գործում,Լիթիում-իոնային մարտկոցների նանո-սիլիկոնային անոդային նյութերի մանրամասն սպեցիֆիկացիայի ձևաթուղթ.

2. Ապագայի տեխնոլոգիական առաջընթացներ

• Հումքի օպտիմալացում. ագրեգատի մասնիկների չափի նվազեցում (օրինակ՝ կոքսի փոշու երկրորդային մոդիֆիկացիայի միջոցով մինչև 2–5 մկմ)՝ մեխանիկական հատկությունները բարելավելու համար։
• Գրաֆիտացման տեխնոլոգիայի նորարարություն. Միկրոալիքային գրաֆիտացման տեխնոլոգիան 30%-ով կրճատում է էներգիայի սպառումը և կրճատում արտադրական ցիկլերը՝ նպաստելով լայնածավալ կիրառմանը։
• Կառուցվածքային նորարարություն. Օրինակ, կրկնակի գրադիենտային գրաֆիտային անոդները հասնում են 6 րոպեանոց, 60% արագ լիցքավորման կարողության՝ պահպանելով ≥230 Վտժ/կգ էներգիայի խտություն՝ մասնիկների չափի և ծակոտկենության կրկնակի գրադիենտային բաշխման միջոցով։