Научный архив: статьи

Методы механики микронеоднородных сред использованы для определения эффективных упругих констант атомно-масштабных композитов, полученных на основе аморфного углерода и кремния (DLN) с добавлением диспергированных металлов и их соединений (Ме - DLN, МеС - DLN, MeN - DLN

Работа посвящена изучению возможности применения метода плазмохимического синтеза поликристаллических алмазных плёнок в плазме факельного СВЧ-разряда при атмосферном давлении для покрытия рабочей поверхности твердосплавных режущих инструментов с целью увеличения их износостойкости. Режущий инструмент из поликристаллических алмазов находит применение, прежде всего, в станкостроении, автомобильном и сельскохозяйственном машиностроении, авиастроении при точении цветных металлов, титановых, абразивных алюминиевых сплавов, керамических и композиционных материалов. Лучший способ повысить прочность и устойчивость к износу твердосплавных режущих инструментов состоит в том, чтобы на поверхность твердосплавных или PDC-режущих вставок дополнительно нанести монолитный поликристаллический CVD-алмазный слой. Непосредственному нанесению поликристаллического алмазного слоя на поверхность резцов с хорошей адгезией мешает наличие кобальта, цементирующего режущие инструменты. Обсуждаются вопросов выбора лучшего материала и технологии создания изолирующего слоя между алмазом и твердым сплавом и технологии последующего осаждения на него алмазного покрытия в плазме СВЧ-факела.

Проведены экспериментальные исследования сильного локального взаимодействия микроплазменных разрядов с образцами из стали–45 при возбуждении импульсных электрических токов в разрядах с амплитудами от 100 до 600 А. При этом на поверхности образцов формируется сплошной переплавленный слой, который характеризуется сильно измененными микрогеометрическими, физическими и триботехническими свойствами металла. Определены режимы возбуждения микроплазменных разрядов, в результате воздействия которых на поверхности образцов создается развитый микрорельеф. Его прочностные свойства существенно превосходят соответствующие характеристики стальных образцов после стандартной термической закалки.

В статье изучены физико-механические свойства бумаги и картона различного состава: из макулатуры, с добавлением 30 % целлюлозы к макулатуре и бумаги из карбоната кальция. Выявлено, что добавление к макулатуре целлюлозы способствует упрочнению бумаги в среднем на 33 %, что можно объяснить не только прочностью отдельных компонентов композиции, но и от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Прочность картона, в составе которого только макулатура, в два раза меньше. Бумага, в составе которого нет волокнистого материала, а именно связанные полиэтиленом гранулы карбоната кальция, имеет достаточную прочность, что обеспечит бесперебойную работу печатной машины.

Общепринятой практикой для определения сроков безопасной эксплуатации полимерных композитов является их климатическая стойкость. Она основана на экспериментальных исследованиях влияния агрессивных климатических факторов на физико-механические свойства материалов, используемых в различных климатических зонах. В данной статье представлены результаты исследований климатических испытаний (старения) в условиях экстремально холодного климата образцов стекло-углепластиков. Для оценки влияния климатических и биогенных факторов на полимерные композиты использовались методы микроструктурного анализа, динамического механического анализа (ДМА) и исследования упругопрочностных характеристик. Образцы подвергались двухлетнему климатическому экспонированию с провокационным внесением микроорганизмов для изучения изменений их свойств и структурных особенностей. Установлено, что образование микробных колоний, выделение ими продуктов метаболизма разрушают полимерную матрицу, что приводит к снижению предела прочности при растяжении у стеклопластика (СП) на 57 %, у углепластика (УП) на 8 %. Полученные результаты подтверждены исследованиями методами ДМА, профилометрии и измерения открытой пористости. Данные, полученные при изучении поверхностной деструкции, пористости и ДМА, свидетельствуют о старении материала, начинающемся с поверхностного слоя. Это проявляется в увеличении пористости, изменении степени полимеризации полимерной матрицы слоистых пластиков, а также в значительном снижении упруго-прочностных характеристик при провокационном внесении микроорганизмов. Выявленные изменения подтверждаются снижением динамического модуля упругости и повышением температуры стеклования. Полученные результаты о влиянии биогенных микроорганизмов на процессы старения полимерных композитов при одновременном воздействии УФ- излучения и низких температур могут быть применены для решения вопросов по снижению старения полимеров.

Изучение влияния воды на механические свойства горных пород необходимо для практики их разработки, в частности, при добыче полезных ископаемых, сооружении плотин, прокладывании туннелей, захоронении отходов. Присутствие воды в поровом пространстве материала наряду с наличием самих пор, трещин, каверн оказывает существенное влияние на механические свойства материала. Представлены результаты экспериментального исследования влияния условий водонасыщения на прочность при сжатии образцов доломита и известняка, представляющих вмещающие породы на месторождениях алмазов трубки «Ботуобинская» и трубки «Дальняя». В соответствии с разработанной методикой исследования осуществлен выбор режимов водонасыщения и проведены механические испытания образцов, насыщенных до определенного уровня и затем выдержанных в течение различного времени. По результатам трех серий испытаний построены зависимости прочности доломита при сжатии от времени выдержки и установлено существенное влияние времени выдержки на прочность материала, которое может приводить как к снижению, так и к увеличению прочности. Высказана гипотеза о том, что такое поведение материала связано с неравномерным распределением влаги и образованием «сухого» ядра в образце. Показано, что в рамках модели «сухого» ядра в материале могут быть реализованы различные сценарии разрушения, и это отразится на характере зависимости прочности образца от времени выдержки во влажном состоянии, включая ее немонотонное поведение. Полученные результаты имеют не только фундаментальное значение для понимания и соответствующего описания механизмов воздействия воды на породу, но также и практическое значение для оценки устойчивости и длительной прочности обводненных горных выработок.

Введение. В настоящее время аддитивные технологии широко используются в различных сферах деятельности. Использование таких технологий в строительстве помогает решить ряд очень важных вопросов. При 3D печати для изготовления малых архитектурных форм очень важно правильно подобрать составы материалов, из которых они будут изготавливаться. Материалы и методы. Для разработки состава в качестве наномодифицирующей добавки применялись синтезированные алюмосиликаты, в качестве вяжущего - портландцемент бездобавочный 52,5Н, мелкий заполнитель - песок кварцевый Ухтинского и Чаадаевского месторождения, комплексная добавка Sika Antifreeze N9, суперпластификатор Axton, суперпластификатор С-3. Водоудерживающую способность составов с применением наномодифицирующей добавки определяли по количеству воды в исследуемом составе до и после проведения испытаний. Кинетика водопоглощения составов определялась в соответствии с методикой, представленной в ГОСТ 5802. Пористость определялась по содержанию свободной и химически связанной воды в цементном камне. Изменение нормальной густоты и сроков схватывания определялось с использованием прибора Вика. Межзерновая пустотность песка вычислялась по значениям истинной и насыпной плотностей мелкого заполнителя. Истинная плотность определялась с помощью прибора Ле-Шателье. Насыпная плотность материалов определялась с помощью методики, установленной ГОСТ 9758. Результаты и обсуждения. Выявлено, что присутствие в составе наномодифицирующей добавки дисперсностью Sуд = 0,69 м2/г и Sуд = 1,03 м2/г повышает прочность составов по сравнению с контрольными (без добавки) от 7% до 17,8% соответственно. То есть наблюдается обратная зависимость между дисперсностью вводимой добавки и изменением прочности образцов. Высокое значение дисперсности вводимой добавки обеспечивает оптимальные для твердения составов условия, что подтверждается исследованиями по водопоглощению составов. В ходе исследований оценивалось влияние количества исследуемой добавки на сроки схватывания цемента, изменение нормальной густоты цементного теста и пористости цементных систем. С целью снижения расхода цемента и увеличения подвижности состава смеси вводится мелкий заполнитель - песок со смешанным зерновым составом. В процессе подбора состава бетонной смеси для 3D-печати малых архитектурных форм учитывались их технологические свойства. Исследовались четыре состава бетонной смеси для 3D-печати с разным количеством содержания наноструктурирующей добавки, песка, цемента. Выводы. Определены составы с оптимальными характеристиками для проведения дальнейших исследований в области подбора разработки составов бетонных смесей для 3D-печати малых архитектурных форм.

В статье приведены результаты исследования фотокаталитической активности при видимом свете, высокодисперсного порошка оксида вольфрама WO3, полученного в результате рециклинга твердосплавных изделий. Выполнен микроструктурный анализ порошка оксида вольфрама с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM) до и после процесса фотокатализа. Представлены результаты испытаний физико-механических свойств (плотность, прочность при сжатии, водопоглощение, общая пористость) цементной матрицы с различным содержанием порошка WO3 (1-5 масс. %). Проведен предварительный анализ модифицированной поверхности на самоочищающиеся свойства.

Предмет исследования: Цементная матрица, модифицированная фотокатализатором на основе высокодисперсного порошка оксида вольфрама WO3.

Материалы и методы: В качестве фотокатализатора применяли высокодисперсный порошок оксида вольфрама (средний размер частиц 40 до 200 нм). Фотокаталитическая активность порошка WO3 оценивалась путем определения степени деструкции модельного органического загрязнителя метиленового синего с концентрацией 15 мг/л методом фотометрического анализа раствора с помощью прибора «Эксперт 003» при длине волны 654 нм. Микроструктура порошка оксида вольфрама исследовалась на сканирующем электронном микроскопе PHENOM proX. Для изготовления цементных матриц с фотокатализатором использовали портландцемент ЦЕМ II/A-П 42,5Н СС. Физико-механические свойства цементных образцов определяли по стандартным методикам ГОСТ 30744-2001, ГОСТ 30744-2001.

Результаты: Результаты исследования показали, что фотокаталитическая активность порошка оксида вольфрама возрастает с увеличением его концентрации в растворе и времени облучения видимым светом. Максимальная деградация 89 % красителя, наблюдается при добавлении 5,0 г/л порошка WO3, через 180 мин после начала реакции. Добавление порошка оксида вольфрам в цементную матрицу приводит к увеличению плотности, прочности на сжатие, снижению водопоглощения и общей пористости. Визуальный анализ обесцвечивания органического красителя на поверхности модифицированной цементной матрицы предположительно связан со способностью поверхности к самоочищению благодаря фотокаталитическим свойствам оксида вольфрама.

Выводы: Использование высокодисперсного порошка оксида вольфрама в цементных матрицах имеет большой потенциал для создания самоочищающихся строительных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами, а также способностью разлагать загрязняющие органические вещества под воздействием видимого света.

Получены полимерные композитные материалы на основе полиэтилена высокой плотности и технического углерода. Исследованы физико-механические и электрические свойства полученных композитов. Обнаружено, что полимерные композиты обладают положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления. При этом определено количество технического углерода, необходимое для формирования электропроводящих путей в полимерной матрице. Выявлена зависимость физико-механических и реологических характеристик композитов от содержания технического углерода. Определен концентрационный интервал технического углерода, в котором следует ожидать оптимального сочетания физико-механических, реологических и электрофизических свойств композитов.

Статья посвящена рассмотрению особенностей получения вакуумноплотных спаев сапфира с металлами. Выявлено влияние на механическую прочность профилированного сапфира количества блоков и угла разориентации их границ, обоснована температурная зависимость предельного напряжения разрушения труб, проанализированы причины появления огранки у выращенного кристалла, влияние механической обработки (шлифовки и полировки) и высокотемпературного отжига на внутренние напряжения. Показано, что для получения надежного токоввода в сапфировую разрядную трубку, наполненную плазмообразующей средой на основе паров щелочного металла необходимо использовать сплав ниобия НбЦу и стеклокерамический припой на основе системы окислов CaO–Al2O3. Подробно исследованы структурные изменения в сплавах ниобия и в слое стеклокерамического припоя при различных температурах пайки, распределение концентрации ниобия в переходной зоне, выявлен оптимальный режим пайки стеклоцементом. Рассмотрен новый способ получения спая сапфира с металлом комбинацией методов предварительной металлизации и активной пайки. Реализация предложенного способа получения спая осуществляется посредством использования двух магнетронов с медной и титановой мишенями. Разработана математическая модель магнетронного напыления покрытий на вращающийся цилиндрический образец. Проанализирован механизм взаимодействия титана с сапфиром, рассмотрены результаты исследований процессов в глубине слоя металлизации и на границе с сапфиром при пайке медным припоем.

В рядовых условиях работы почвообрабатывающих машин имеет место проблема частой перезатяжки или замены крепежных деталей. Для решения этой проблемы каждый сезон сельхозпредприятия тратят десятки тысяч часов работы ремонтников. Кроме того, в металлолом выбрасывается до 40% крепежных деталей. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при применении стандартных крепежных деталей под действием динамических сдвигающих нагрузок происходит смещение соединяемых элементов, даже если начальный затяг достигает 250-300 МПа. Для повышения надежности соединений, работающих в условиях сложного нагружения, необходимо добиться равномерного распределения контактных напряжений в зонах прилегания к крепежным элементам. Основными факторами, снижающими напряжение начального затяга в резьбовых соединениях сельхозмашин, являются коррозионно-механические и фрикционно-механические повреждения деталей. Таким образом, разработка высокопрочных крепежных элементов и перспективных конструкций с улучшенными прочностными и эксплуатационными характеристиками остается ключевой задачей в сельскохозяйственном машиностроении. В исследовании предлагается перспективное крепежное соединение пoвышeннoй пpoчности и дoлгoвeчности применительно к машинам для механической обработки почв, защищенное патентом РФ на изобретение.

Проанализированы технологические показатели производства кускового торфа, полученные по базовой технологии добычи куска и предлагаемой технологии добычи кускового торфа с применением гидрофобизации торфяной массы непосредственно перед ее формованием. Приведены результаты исследований, посвященных определению прочности образцов кускового торфа, а также рассчитаны основные технологические показатели производства кускового торфа с применением модифицирующих добавок. Установлено, что использование гидрофобных добавок положительно влияет на прочностные характеристики кускового торфа, что позволяет снизить потери при хранении и транспортировке готовой продукции. Сделан вывод, что применение при реализации технологии производства кускового торфа гидрофобных добавок дает возможность уменьшить начальную формовочную влажность кусков и тем самым минимизировать энергетические затраты на производство, а также ослабить зависимость технологии производства от метеорологических условий региона