Пористые композиционные материалы (стр. 3 из 4)

Вода является наиболее широко распространенным поглотителем электромагнитного излучения миллиметрового диапазона, большинство материалов имеют малые диэлектрические потери в СВЧ диапазоне по сравнению с водой.

Исследования Б.В. Дерягина, Н.В. Чураева и др. [41] свойств воды в различных дисперсных системах показали, что вода в тонких порах представляет собой многослойную структуру, 60 включающую связанную, граничную и объемную фазы. При этом физические свойства их различны. Связанная вода обладает повышенной плотностью (при влагосодержании материала 1,64% плотность — 1,74 г/см3), удельное сопротивление связанной воды очень велико, что объясняется ее пониженной растворяющей способностью. Диэлектрические свойства связанной воды также отличаются от свойств воды в объеме. Хотя единого мнения на этот счет не существует, наиболее распространенным является мнение о частотной независимости диэлектрической проницаемости связанной воды [41].

Температура замерзания граничного слоя понижена по сравнению с объемной водой, вследствие этого при температурах до –10°С некоторая доля воды, содержащейся в пористой системе, остается незамерзшей (рис. 3) [41].

Рис. 3. Элемент структуры промерзшего пористого тела

1 — незамерзающие пленки влаги: 2 — лед; 3 — частицы пористого тела; 4 — фаза газа; 5 — незамерзающие прослойки влаги

Взаимодействие электромагнитной энергии с молекулами воды в жидкой фазе, содержащейся в поровых пространствах дисперсных систем, приводит к ее частичному отражению и поглощению в растворе. Основными характеристиками взаимодействия ЭМИ с влагосодержащими композиционными материалами являются величина ослабления и отражения электромагнитной энергии, зависящие от количества и свойств поглощающего наполнителя. Таким образом, сравнивая величины ослабления ЭМИ разными образцами, можно анализировать их влагосодержание.

Поглощение энергии электромагнитного излучения диапазона СВЧ связано с релаксационным процессом ориентационной поляризации диполей воды в диапазоне частот до 300 ГГц. Однако при образовании упорядоченной структуры кристаллов льда, молекулы воды теряют свободу вращательных и колебательных движений, вследствие чего поглощение энергии ЭМИ резко снижается [46].

IV. Антифрикционные сплавы

Антифрикционные сплавы – специальные сплавы белых и цветных металлов, применяемых для уменьшения трения во впадинах подшипников [42].

Пористые, пропитываемые маслом подшипники очень удобны в труднодоступных узлах трения и обеспечивают высокую износостойкость при малом коэффициенте трения. Кроме того, они могут заменять бронзу или позволяют более экономно расходовать цветные металлы, но наличие пор снижает их прочность и поэтому для тяжелонагруженных подшипников, например коренных и шатунных двигателей, они не применяются. Пористые подшипники изготовляют из железного или медного порошка. Если нет опасности ржавления, то подшипники изготовляются из смеси железного порошка с графитом, который добавляется в количестве 1 - 2%. Пористость в таких подшипниках 20 -30%. После прессования и спекания они пропитываются маслом, где коррозия возможна, там применяются бронзовые подшипники. Пористые бронзовые подшипники изготовляют из смеси порошков 88% Сu, 10% Sn и 2% графита. Пористые подшипники обладают хорошими антифрикционными качествами, но менее прочны, чем сплошные, поэтому их нельзя применять при больших нагрузках, например для шатунных и коренных подшипников двигателя. Эти материалы отличаются способностью саморегулировать подачу смазки. На контактной поверхности трущейся нары образуется непрерывная пленка. Этим обеспечивается жидкое трение.

К антифрикционным автомобильным деталям также относятся направляющиевтулки клапана, шестерни масляного насоса и т. д., которые изготовляются изсмеси порошков 96% Fe +2,5% Сu +1,5% графита; после прессования и спеканияони отжигаются при температуре 740 и 715° С, т. е. производится отжиг назернистый перлит. Содержание углерода после спекания не менее 0,8%.Наиболее желательной, обеспечивающей высокое качество пористых железографитных подшипников структурой является перлит с графитными включениями; в случае наличия у них ферритной структуры они быстро изнашиваются, налипают на шейку вала и имеют высокий коэффициент трения. Цементит в структуре железографнтных подшипников, хотя и повышает их сопротивление износу, но изнашивает и царапает шейку вала и также повышает коэффициент трения[42].

V. Фосфатно-кальциевая керамика – биополимер для регенерации костных тканей

Поражения костных тканей в результате патологических заболеваний, таких как остеомиелит, остеосаркома, остеопороз, или травм занимают одно из первых мест среди причин смертности, временной нетрудоспособности и развития инвалидности. Для восстановления работоспособности человека поврежденные участки костной ткани замещают имплантатами из биологически инертных (металлы, пластмассы) или активных материалов (фосфатно-кальциевая керамика, биостекла, костные алло- и аутографты). Однако такой подход не всегда приводит к положительным результатам из-за возможного отторжения организмом инертных материалов, деградации здоровой костной ткани в месте контакта, механический несовместимости ткани-хоста и имплантата, опасности иммунных реакций, необходимости вторичных хирургических операций.

В последнее десятилетие активно развивается принципиально иная концепция – так называемая тканевая инженерия. Она основана не на замещении, а на регенерации костной ткани [43]. Организм сам может восстанавливать поврежденную костную ткань, если для этого созданы надлежащие условия: имеется матрикс соответствующей архитектуры, на котором происходит наращивание ткани, и необходимые стимулы для остеогенеза. Одним из ключевых моментов этой медицинской технологии является материал матрикса, который должен обладать определенными качествами. Он должен быть биологически совместим с организмом; иметь взаимосвязанные поры размером от 100 мкм до 1 мм и каналами между порами от 10 до 100 мкм, необходимые для обеспечения биологических потоков, прорастания костной ткани, сосудов и нервных окончаний в имплантат; обладать кинетикой биологической деградации (резорбции) в организме, согласующейся с кинетикой остеогенеза; должен обладать достаточными показателями механических свойств, чтобы выдерживать физиологические нагрузки в переходный период.

Полагают, что оптимальным материалом матрикса является композит фосфатно-кальциевая керамика – биополимер, моделирующий по фазовому составу и микроструктурной организации костную ткань. Наиболее перспективными фосфатами кальция для изготовления композитов является гидроксиапатит (ГА), трикальцийфосфат (ТКФ) и карбонат-замещенный ГА (КГА), а биологическими полимерами – хитозан, желатин и их комбинация.

Разработка физико-химических основ технологии композиционных материалов, сочетающих биосовместимость и твердость фосфатно-кальциевой керамики с регулируемой резорбируемостью и эластичностью, свойственной биополимерам, является актуальной, пока еще не решенной задачей, имеющей важное социальное значение [44].

Рис. 4. Технологическая схема пористых композиционных матриксов с полимерным каркасом

Заключение

Итак, много нового человечество узнало, и много больше узнать еще предстоит, и горят огнем сердца ученых, и проводятся все новые эксперименты. Композиционные материалы – это материалы будущего, что вскоре станет нашим настоящим. Среди них материалы с пористой структурой имеют весомое значение для улучшения жизненной деятельности человека, так как они применяются в самых разнообразных сферах, дают возможность повышать качество иных уже существующих материалов и в целом могут быть использованы для улучшения качества жизни общественности.

Список литературы

1. Г. К. Боресков, Гетерогенный катализ, Наука, Москва, 1987.

2. Г. К. Боресков, Катализ. Вопросы теории и практики, Наука, Новосибирск, 1987.

3. М. В. Ландау, Катализаторы на основе молибдена и вольфрама для процессов переработки нефтяного сырья, ЦНИИТЭнефтехим, Москва, 1995.

4. А. В. Киселев, Углеродные сорбенты и их применение в промышленности, Наука, Москва, 1983.

5. Элвин Б. Стайлз, Носители и нанесенные катализаторы. Теория и практика, Химия, Москва, 1991.

6. В. А. Семиколенов, Журн. прикл. химии, 70 (1997) 785 с.

7. В. Б. Фенелонов, Пористый углерод, изд. Ин-та катализа СО РАН, Новосибирск, 1995.

8. Г. М. Бутырин, Высокопористые углеродные материалы, Химия, Москва, 1986.

9. А. П. Карнаухов, Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов, Наука, Новосибирск, 1999.

10. 14 Yu. I. Yermakov, V. F. Surovikin, G. V. Plaksin et al., React. Kinet. Catal. Lett., Металлургия, Москва, (1987) 435 с.

11. Г. В. Плаксин, Разработка и исследование новых типов углеродных носителей катализаторов, Дис. . канд.хим. наук, Новосибирск, 1991.

12. Г.В. Плаксин, Труды III Междунар. симп. .Катализ в превращениях угля., Новосибирск, 1997, ч. 1, с. 99 с.

13. Р. Дж. Фаррауто, Кинетика и катализ, ЦНИИТЭнефтехим, Москва, (1998) 646 с.

14. В. А. Дзисько, Основы методов приготовления ката-

лизаторов, Наука, Новосибирск, 1983.

15. Б. Л. Храмов, Э. Н. Юрченко, Т. В. Челкова, Журн.прикл. химии, ЦНИИТЭнефтехим, Москва, (1994) 1253 с.

16. Ю. Г. Широков, Э. Н. Юрченко, А. П. Ильин, В. Ю. Про-

кофьев, Наука, Москва, (1995) 79 с.

17. В. В. Демин, В. С. Бесков, А. В. Беспалов, Хим. пром-

сть, Наука, Новосибирск, (1989) 509 с.

18. 60 Э. Н. Юрченко, В. Ю. Прокофьев, А. П. Ильин, Ю. Г. Ши-