ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРАФИТОВОЙ ФОЛЬГИ
Аннотация
В настоящей работе была получена графитовая фольга из терморасширенного графита на основе интеркалированных соединений графита с азотной кислотой IV, III, II ступеней. Фольга была получена при помощи стандартных технологических операций, включающих интеркалирование азотной кислоты в порошок графита, гидролиз соединений внедрения с получением окисленного графита, вспенивание окисленного графита при помощи термоудара и прокатку терморасширенного графита в графитовую фольгу. Структура полученных интеркалированных соединений графита и образование определенной ступени подтверждалось методом рентгенофазового анализа. Морфология и элементный анализ для промежуточных продуктов (окисленного графита и терморасширенного графита) и конечной графитовой фольги исследовались методом сканирующей электронной микроскопии. Было продемонстрировано, что в продуктах после терморасширения отсутствуют следы азотной кислоты. Установлено, что при окислении графитовой фольги ее поверхность становится более дефектной, а графитовая фольга на основе интеркалированных соединений графита IV ступени проявляет большую термическую стойкость, чем интеркаляты более низких ступеней внедрения. Механические испытания показали большую прочность на разрыв графитовой фольги на основе интеркалированных соединений графита с азотной кислотой II ступени, а также снижение прочности графитовой фольги в процессе окисления. Испытания герметичности уплотнений из графитовой фольги показали снижение уровня герметичности фланцевой прокладки из графитовой фольги при ее окислении при повышенной температуре в воздушной атмосфере. Кроме того, показано, что необходимое усилие обжатия для обеспечения заданного уровня герметичности повышается с увеличением номера ступени внедрения азотной кислоты в графит.
Для цитирования:
Ефимов Д.В., Иванов А.В., Муханов В.А., Лукьянцев М.И., Максимова Н.В., Авдеев В.В. Влияние процессов термического окисления на механические свойства графитовой фольги. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 83-89. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.2y.
Литература
Solfiti E., Wan D., Celotto A., Solieri N., Muñoz P.A., Ximenes R.F., Heredia J.M., Martin C.L.T., Perillo-Marcone A., Nuiry F.X., Alvaro A., Berto F., Calviani M. FIB-SEM investigation and uniaxial compression of flexible graphite. Mater. Des. 2023. V. 233. P. 112187. DOI: 10.1016/j.matdes.2023.112187.
Yurkov A.L. Studying the porosity of graphite foil with different densities: pore space model and gas permeability. J. Mater. Sci. 2022. V. 57. P. 156-171. DOI: 10.1007/s10853-022-07677-9.
Qiu T. Research on the thickness effect and micro-fracture mechanism of graphite sheets with layered struc-tures. Diam. Relat. Mater. 2024. V. 143. DOI: 10.1016/ j.diamond.2024.110908.
Ivanov A.V., Yurkov A.L., Kalachev I.L., Maksimova N.V., Malakho A.P., Volkova S.I., Avdeev V.V. The Influence of Processing Conditions on Gas Transport and Thermal Properties of Graphite Foil Compressed from Exfoliated Graphite. Processes. 2023. V. 144. P. 144. DOI: 10.3390/pr11010144.
Afanasov I.M., Shornikova O.N., Kirilenko D.А., Vlasov I.I., Zhang L., Verbeeck J., Avdeev V.V., Tendeloo G.V. Graphite structural transformations during in-tercalation by HNO3 and exfoliation. Carbon. 2010. V. 48. P. 1862-1865. DOI: 10.1016/j.carbon.2010.01.055.
Dimiev A.M., Ceriotti G., Behabtu N., Zakhidov D., Pasquali M., Saito R., Tour J.M. Direct Real-Time Monitoring of Stage Transitions in Graphite Intercalation Compounds. Nano. 2013. V. 7. N 3. P. 2773-2780. DOI: 10.1021/nn400207e.
Dimiev A.M., Shukhina K., Behabtu N., Pasquali M., Tour J.M. Stage Transitions in Graphite Intercalation Compounds: Role of the Graphite Structure. J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 246-253. DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b06726.
Rimkute G., Gudaitis M., Barkauskas J., Zarkov A., Niaura G., Gaidukevic J. Synthesis and Characterization of Graphite Intercalation Compounds with Sulfuric Acid. Crystals. 2022. V. 421. P. 421. DOI: 10.3390/cryst12030421.
Ivanov A.V. Effect of preparation conditions on gas permeability and sealing efficiency of graphite foil. J. Mater. Sci. 2019. V. 54. P. 457-469. DOI: 10.1007/s10853-018-3151-1.
Saidaminov M.I. Thermal decomposition of graphite nitrate. Carbon. 2013. V. 59. P. 337-343. DOI: 10.1016/j.carbon.2013.03.028.
Sorokina N.E., Shornikova O.N., Avdeev V.V. Stability Limits of Graphite Intercalation Compounds in the Sys-tems Graphite–HNO3(H2SO4)–H2O–KMnO4. Inorg. Mater. 2007. V. 43. N 8. P. 924-928. DOI: 10.1134/S0020168507080031.
Zongrong Y. Preparation and characterization of low-temperature expandable graphite. Mater. Res. Bull. 2008. V. 43. P. 677-686. DOI: 10.1016/j.materresbull.2007.10.027.
Cermak M., Perez N, Collins M., Bahrami M. Material properties and structure of natural graphite sheet. Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 18672. DOI: 10.1038/s41598-020-75393-y.
Xiaowei L., Jean-Charles R., Suyuan Y. Effect of temperature on graphite oxidation behavior. Nucl. Eng.Des. 2014. V. 227. P. 273-280. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2003.11.004.
Badenhorst H. Novel simulation technique for the prediction of complex oxidation behaviour in natural graphite flakes. Chem. Eng. Sci. 2013. V. 104. P. 117-124. DOI: 10.1016/j.ces.2013.09.013.
Badenhorst H. A generalized solid state kinetic expression for reaction interface-controlled reactivity. Thermochim. Acta. 2013. V. 562. P. 1-10. DOI: 10.1016/j.tca.2013.03.022.
Liu J. First principles study of oxidation behavior of irradiated graphite. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. 2015. V. 352. P. 160-166. DOI: 10.1016/j.nimb.2014.12.071.
Huang J., Tang Q., Liao W., Wang G., Wei W., Li C. Green Preparation of Expandable Graphite and Its Appli-cation in Flame-Resistance Polymer Elastomer. Ind. Eng. Chem. Res. 2017. V. 56. P. 253-261. DOI: 10.1021/acs.iecr.6b04860.
Khaskov M.A., Naumova V.A., Karaeva A.R., Mordkovich V.Z. The using of thermalanalysis for study of products of heterophase pyrolytic decomposition on modified natural graphite. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 10. P. 6-15. DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.14y.
Volgin V.M., Potapov A.A., Kalish P.E., Malakho A.P. Determination of physical and mechanical properties of graphite foil. Izv. TulGU. Tekhn. Nauki. 2023. V. 7. P. 343-348. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-338-339.
Nozdryukhin A.D., Potapov I.S., Poilov V.Z., Cherepanova M.V. Increasing heat resistance of products from heat extended graphite. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 8. P. 49-56. DOI: 10.6060/ivkkt.20216408.6404.
Kalashnik N.A., Ionov S.G. Mechanical and thermo-physical properties of graphite foils based on low-density carbon materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 9. P. 11-16. DOI: 10.6060/tcct.2017609.4у.
Afanasov I.M., Savchenko D.V., Ionov S.G., Rusakov D.A., Seleznev A.N., Avdeev V.V. Thermal conductivity and mechanical properties of expanded graphite. Inorg. Mater. 2009. V. 45. N 5. P. 540-544. DOI: 10.1134/S0020168509050057.
