Des scientifiques de l'Université MISIS et de Skoltech ont développé une technologie pour la production d'un nouveau matériau composite à base de shungite et de fibres de carbone dans une matrice de graphite. En raison de la combinaison d'une faible densité, d'une résistance élevée et d'une stabilité chimique à des températures élevées, il peut être utilisé pour produire des piles à combustible, des supercondensateurs et des composants de moteur d'avion de nouvelle génération. Le travail a été publié dans Polymers .

Les composites avec des charges de carbone sont largement utilisés dans l'industrie moderne. Ils peuvent être utilisés pour la production d'unités et d'équipements fonctionnant dans des conditions extrêmes, en raison de leurs propriétés uniques - haute résistance aux produits chimiques et à la température. Contrairement aux métaux réfractaires lourds qui s'oxydent facilement à des températures élevées, les matériaux en carbone ont une résistance exceptionnelle aux hautes températures et un faible poids. Dans le même temps, les propriétés des différents matériaux en carbone varient considérablement, du diamant au graphite.

Les scientifiques des matériaux développent aujourd'hui une nouvelle classe de composites constitués de différentes charges de renfort carbonées dans une matrice graphite obtenue par carbonisation, c'est-à-dire transformation d'un polymère en un matériau carboné.

Des scientifiques de l'Université MISIS et de Skoltech ont présenté la technologie de production rapide et économique d'un tel composite et identifié les paramètres optimaux de traitement thermique pour obtenir les meilleures performances en termes de "résistance aux fissures", c'est-à-dire la résistance à l'initiation et à la propagation de fissures qui détermine en grande partie la résistance des matériaux cassants et quasi fragiles.

Le procédé de synthèse composite s'apparente à la "cuisson" d'une "pâte" faite d'un élastomère (un polymère souple de type caoutchouc) renforcé d'une "garniture" à plusieurs températures supérieures à 180°C. La fibre de carbone courte souvent utilisée comme "garnissage" est cependant assez chère et son volume disponible est limité. Par conséquent, dans le nouveau matériau, les fibres de carbone courtes ont été partiellement remplacées par de la shungite. La shungite est une roche précambrienne unique composée de près de 100 % de carbone qui a été découverte pour la première fois en Russie.

Le résultat de la transformation est l'enrichissement du produit initial en carbone accompagné d'une restructuration simultanée. Le polymère facilement façonnable est ainsi transformé en l'un des composés de carbone les plus stables, tels que le graphite ou le diamant. Compte tenu de la rigidité unique de ces matériaux, il est presque impossible d'usiner les formes de pièces nécessaires à partir de graphite ou de diamant.

"Le but de cette étude était d'optimiser le processus de carbonisation pour augmenter la résistance à la fissuration en fonction de la température de traitement et de la composition initiale du mélange, à savoir la fraction volumique des phases de renforcement. Une sélection rigoureuse des conditions a été entreprise pour obtenir les valeurs les plus élevées du facteur d'intensité de stress critique dans les échantillons carbonisés à la température de 280 degrés Celsius », déclare Alexey Salimon, Ph.D, co-auteur et chef du département de chimie physique.

Les chercheurs s'attendent à ce que les matériaux obtenus trouvent une utilisation pour la fabrication de pièces clés de piles à combustible (dispositifs de conversion directe de l'énergie chimique du carburant en énergie électrique sans combustion), de composants d'équipements résistants aux produits chimiques, d'équipements de pompage complexes pour la production de pétrole à des profondeurs record. et dans les conditions les plus difficiles (sable, sulfure d'hydrogène, température supérieure à 200 degrés Celsius). Un autre domaine prometteur pour l'utilisation de nouveaux matériaux sera la création d'une nouvelle génération de composants de moteurs d'avions. + Explorer plus loin

Des chercheurs développent un nouveau procédé pour fabriquer des composites carbone-carbone extrêmement résistants à la chaleur