Углеграфитовые материалы

1.

Курсовая работа на тему
Углеграфитовые материалы
Студент: Красильников Н.Д.
Руководитель: Белов А.А.
Группа 3СП
Апатитский политехнический колледж имени Голованова Георгия
Александровича
Апатиты, 2023

2.

Введение
Тема углеграфитовых материалов обладает множеством значимых аспектов: Уникальные свойства: Важные характеристики,
такие как высокая теплопроводность, электропроводность, прочность и химическая стойкость, делают эти материалы
важными для различных отраслей, включая электронику, энергетику, авиацию и медицину. Применение в новейших
технологиях: Углеграфитовые материалы используются в легких и прочных композитах, а также в электронике, батареях и
других устройствах, исследования направлены на расширение их применений. Легкость и прочность: Высокая прочность
при низком весе углеграфитовых материалов позволяет создавать более легкие, но прочные компоненты для различных
видов транспорта.
Цель исследования заключается в: изучении понятия углеграфитовых материалов, как их получают, структуру и свойства
углеграфитовых материалов, преимущества и недостатки, перспективы развития и технологии обработки этих материалов.
Анализ применения в машиностроении: Практическое применение, применение в разных отраслях машиностроения,
перспективы использования, проектирование и разработку углеграфитовых деталей, технологии обработки, испытания и
контроль качества и анализ экономической эффективности использования в автомобилях.
Обобщение результатов: Сводка и выводы о значимости углеграфитовых материалов для современной промышленности
машиностроения.

3.

Определение
Это материалы, которые содержат более 99% углерода с графитовой
структурой. Прочность и низкий вес - главное преимущество. Применяют в
авиации, автомобилях, энергетике, химической промышленности, электродах,
тепло и звукоизоляциях и в электронике.

4.

Производство углеграфитовых материалов
Для получения углеграфитовых материалов используется метод карбонизации. Он основан на превращении
углеводородов в графит путем специальной термообработки. Процесс начинается с выбора подходящего сырья,
такого как нефть, коксовый газ или битум(продукт выветривания нефти). После этого сырье подвергается
воздействию высоких температур, которые начинают процесс карбонизации.
Печь для карбонизации
Продукт выветривания нефти(битум)
Нефть

5.

Структура и свойства
Структура углеграфитовых материалов играет ключевую роль в определении их свойств. Они состоят из
кристаллических углеродных слоев, соединенных атомными связями, образующими специфическую структуру
под названием графит. Атомы углерода в графите соединены в плоскости, называемые графитовыми слоями. Эти
графитовые слои уложены один на другой, в виде стопки, образуя графитовый кристалл. Такая структура придает
углеграфитовым материалам их уникальные механические и физические свойства.
Структура графита

6.

Преимущества и недостатки

7.

Перспективы развития
Углеграфитовые материалы представляют значительные перспективы в авиационной и космической отраслях
благодаря своей низкой плотности и высокой прочности. Их использование позволит снизить вес конструкций и
улучшить эффективность топливопотребления. Они могут быть применены для создания легких и прочных
деталей, таких как крылья, фюзеляжи и стойки шасси, что повысит энергоэффективность и экологическую
устойчивость авиационной и космической техники.
В энергетической сфере углеграфитовые материалы также обладают большим потенциалом. Исследуется их
использование в литиевых и мощных аккумуляторах для мобильных устройств, электромобилей и солнечных
батарей. Благодаря высокой электропроводности, они способны повысить эффективность и емкость
электрохимических устройств.
Медицинское применение углеграфитовых материалов также обещает значительные достижения. Графитовые
электроды находят широкое применение в электростимуляции сердца и мозга, а также в электронных
имплантатах. Улучшение материалов может снизить риск осложнений и отторжения имплантатов, что позволит
расширить возможности лечения сердечно-сосудистых заболеваний и неврологических расстройств.

8.

Технологии обработки
В процессе обработки углеграфитовых материалов первым этапом является смешивание графита с
наполнителями для равномерного распределения в матрице графита, повышения прочности и устойчивости
к износу. Техники смешивания, такие как вакуумное экструзионное формование или сухое смешивание,
используются для контроля концентрации и равномерного распределения наполнителей.
Затем следует этап формования углеграфитовых материалов. Прессование создает листовые материалы
или сложные формы, экструзия — цилиндрические или прямоугольные сечения, а литье под давлением —
изделия с высокой точностью и сложной формой.
Обработка поверхности включает шлифовку и полировку. Шлифовка с абразивными материалами удаляет
неровности, обеспечивая гладкость поверхности, а полировка улучшает блеск и отделку, важные для
конечных изделий в машиностроении.
Также используются специальные технологии, такие как инфильтрация и карбонизация. Инфильтрация
позволяет заполнить поры другим материалом (керамикой или металлом) для повышения прочности, а
карбонизация увеличивает концентрацию углерода в материале при высоких температурах.

9.

Практическое применение в машиностроении
Изделия из углеграфита

10.

Применение в различных отраслях машиностроения
Рассмотрим применение углеграфита в самолетах.

11.

Применение в автомобилестроении
BAC Mono, первый автомобиль из углеграфита
GTA Spano, испанский автомобиль, выполненный
полностью из углеграфита

12.

Применение в энергетике
Аккумулятор для электромобиля из графита
Солнечная панель, использующая
углеграфит

13.

Применение в медицинской отрасли
Лабораторная печь LHT GR для научных
исследований из графита
Имплант для электростимуляции мозга из графита
Инфузионный насос

14.

Перспектива использования в машиностроении
Углеграфитовые материалы обладают множеством перспектив в машиностроении:
Создание легких и прочных конструкций - углеволокно из углеграфитовых материалов сочетает высокую
прочность с низкой плотностью, идеально подходя для композитных конструкций. Электропроводимость может улучшить эффективность и компактность электроники, а также привести к созданию электродов и
суперконденсаторов с высокой энергетической плотностью. Трущиеся поверхности - углеграфитовые
нанотрубки обладают прочностью и твердостью, что делает их отличным выбором для предотвращения
трения и создания износоустойчивых покрытий, что улучшает срок службы машин и деталей.
Теплопроводность - высокая теплопроводность и способность выдерживать высокие температуры делают
углеграфитовые материалы хорошим выбором для термостойких компонентов машин, таких как турбины и
теплообменные системы.
Эти уникальные свойства углеграфитовых материалов, такие как прочность, электропроводность и
теплостойкость, делают их отличным выбором для различных машиностроительных изделий.

15.

Проектирование и разработка углеграфитовых деталей

16.

Технологии обработки в машиностроении
Машина, которая измельчает графит
Измельченный графит

17.

Испытания и контроль качества углеграфитовых изделий
Испытания углеграфитовых изделий предназначены для определения и подтверждения их характеристик на
соответствия установленным нормам и требованиям. Они включают в себя разнообразные виды испытаний, такие
как механические, термические, электрические, химические. Это позволяет оценить надежность и долговечность
изделия в условиях эксплуатации.
Первый вид: механические испытания. Это тесты прочности на изгиб, сжатие, разжатие и удары. Здесь
оценивается способность выдержки различных нагрузок.
Второй вид: термические испытания. Проверка на выдержку углеграфита высокой температуры. Производятся
путем нагрева до определенных температур, далее идет замер изменений физических свойств материала.
Контроль качества углеграфитовых изделий является частью процесса производства. Он включает в себя осмотр
изделия на дефекты, далее контроль результатов испытаний.

18.

Анализ экономической эффективности в автомобилях

19.

Заключение
В результате работы можно сделать вывод о том, что углеграфитовые материалы уникальны за
счет своих свойств и имеют большой потенциал. Они представляют важный класс материалов в
машиностроении. Углеграфитовые материалы позволяют достичь высокой прочности и жесткости
при низком весе, что делает их лучшим выбором для создания эффективных конструкций.
Однако, использование углеграфитовых материалов является дорогостоящим процессом.
Актуальность углеграфитовых материалов обусловлена не только тем, что производство
старается добавлять прочности, при этом снижая вес, чтобы повысить производительность, но и
изменениями в машиностроении.
Так, можно сделать вывод, что роль углеграфитовых материалов в машиностроении не может
быть недооценена. Это – альтернатива традиционных материалов. Внедрение этих материалов
является важным шагом в развитии машиностроения.

20.

Спасибо за внимание!