Введение
1 Анализ состояния металлургических технологий производства и применения нанокарбида кремния и определение доминирующих тенденций их развития и совершенствования 23
1.1 Нанотехнологический подход к созданию материалов с новыми свойствами и развитию высокотехнологических процессов их производства и применения 23
1.1.1 Основные понятия, определения и предпосылки развития исследований в области нанотехнологии и наноматериалов 23
1.1.2 Оценка мирового состояния НИОКР в области нанотехнологии 25
1.1.3 Развитие отечественной наноиндустрии 27
1.2 Состояние и перспективы производства и применения нанокарбида кремния 31
1.2.1 Структура и физико-химические свойства карбида кремния 31
1.2.2 Мировой рынок карбида кремния и его сегментация 36
1.2.3 Применение карбида кремния
2.3.1 Карбид кремния для керамической технологии 39
1.2.3.2 Карбид кремния для технологии композиционных электрохимических покрытий (КЭП) 47
1.2.3.3 Карбид кремния для поверхностного модифицирования материалов 55
1.2.3.4 Карбид кремния для модифицирования сплавов 59
1.2.3.5 Карбид кремния для модифицирования дисперсно-наполненных полимерных материалов 63
1.2.3.6 Карбид кремния для красочных составов специального назначения 65
1.2.4 Плазмометаллургическая технология производства нанокарбида кремния и направления её совершенствования 66
Выводы и постановка задач исследования 74
2 Исследование и совершенствование реактора для плазмометаллургического производства нанокарбида кремния 80
2.1 Выбор направлений исследования и совершенствования трехструнного плазменного реактора 80
2.2 Теплотехническое обследование промышленного реактора мощностью 150 кВт 83
2.3 Оценка эффективности тепловой защиты канала реактора футеровкой из диоксида циркония 85
2.4 Исследование теплообмена плазменного потока в теплоизолированном канале реактора для режима ввода высокодисперсного сырья 87
2.5 Оптимизация условий ввода высокодисперсного сырья в плазменный поток 92
2.6 Компьютеризация расчетов параметров реактора Выводы 96
3 Развитие научных основ плазмометаллургической технологии производства нанокарбида кремния 99
3.1 Термодинамический анализ процессов синтеза и модифицирования карбида кремния и карбидсодержащих композиций .- 99
3.1.1 Цели, задачи и методика анализа 99
3.1.2 Термодинамика плазменного пиролиза метана 100
3.1.3 Термодинамика высокотемпературных взаимодействий в системах Si-C-N, Si-N, Si-H-N, Si-C-H-N, Si-C-O-N и Si-C-O-H-N 101
3.2 Кинетический анализ процессов карбидообразования 108
3.2.1 Макрокинетика процессов плазменного пиролиза углеводородов. 109
3.2.2 Макрокинетика процессов плазменного испарения дисперсного сырья 116
3.3 Формирование требований к сырьевым материалам для синтеза
карбида кремния и карбидсодержащих композиций 131
Выводы 131
4 Выбор кремнийсодержащего сырья для плазмометаллургического производства нанокарбида кремния и его физико-химическая аттестация 136
4.1 Техногенный микрокремнезем 137
4.1.1 Основные характеристики высокодисперсных кремнеземсодержащих материалов техногенного происхождения 137
4.1.2 Физико-химическая аттестация микрокремнезема, образующегося при производстве кремния и высококремнистых ферросплавов 139
4.1.3 Практика и перспективы использования техногенного микрокремнезема в восстановительных процессах 145
4.2 Природный микрокремнезем 146
4.2.1 Основные характеристики высокодисперсных кремнеземсодержащих материалов природного происхождения ... 146
4.2.2 Физико-химическая аттестация шунгитов 148
4.2.3 Практика и перспективы использования шунгитов в восстановительных процессах
4.3 Микропорошок кремния 153
4.4 Особо тонкий микрошлифпорошок карбида кремния 154
4.5 Особо тонкий микропорошок нитрида кремния 156
4.6 Химический состав и характеристики дисперсности кремнийсодержащего сырья 159
Выводы 161
5 Разработка инновационной технологии плазмометаллургического производства нанокарбида кремния 164
5.1 Методика экспериментальных исследований 164
5.2 Определение условий применения физических и химических методов анализа для исследования нанокарбида кремния и материалов на его основе 165
5.2.1 Рентгеновский анализ 166
5.2.2 Химический анализ 168
5.2.3 Термогравиметрический анализ 170
5.2.4 Масс-спектрометрический анализ 171
5.2.5 Хроматографический анализ 171
5.2.6 Определение дисперсности продуктов синтеза 172
5.3 Экспериментальное исследование процессов синтеза и модифицирования карбида кремния и карбидсодержащей композиции 174
5.3.1 Оптимизация процессов синтеза нанокарбида кремния 174
5.3.2 Оптимизация процессов плазменного модифицирования карбида кремния и карбидсодержащей композиции
5.3.2.1 Плазменное модифицирование карбида кремния 180
5.3.2.2 Плазменное модифицирование нитрида кремния и карбидонитридной композиции 188
5.4 Идентификация продуктов синтеза и модифицирования карбида
кремния и карбидсодержащей композиции 195
5.4.1 Кристаллическая структура 196
5.4.2 Фазовый состав 201
5.4.3 Форма и размер частиц
5.5 Особенности процессов карбидообразования в плазмометаллургическом реакторе 209
5.6 Построение, описание и реализация обобщенной модели карбидообразования при плазменном синтезе и модифицировании .214
Выводы 218
6 Исследование физико-химических свойств нанокарбида кремния 222
6.1 Изменение химического состава и поверхностных свойств нанокарбида кремния при взаимодействии с технологическими и атмосферными газами 223
6.2 Изменение химического состава нанокарбида кремния при рафинировании и хранении 228
6.2.1 Рафинирование нанокарбида кремния и карбидсодержащих нанокомпозиций 228
6.2.1.1 Рафинирование нанокарбида от свободного кремния 230
6.2.1.2 Рафинирование нанокарбида от примесей оксидов металлов 231
6.2.1.3 Рафинирование нанокарбида от свободного углерода 233
6.2.1.4 Реализация технологии рафинирования нанокарбида кремния:... 239
6.2.2 Подготовка нанокарбида кремния к применению после хранения
в воздушной среде 240
6.3 Укрупнение нанокарбида кремния в растворах электролитов 249
6.4 Термоокислительная устойчивость нанокарбида кремния 254
6.5 Стойкость нанокарбида кремния против действия кислот и щелочей 258
Выводы 262
7 Производство и применение нанокарбида кремния 267
7.1 Нанокарбид кремния как объект для инновационных технологий... 267
7.2 Номенклатура введенных в обращение карбидокремниевых наноматериалов и основные технико-экономические и экологические показатели их производства 272
7.3 Применение нанокарбида кремния в технологии композиционных электрохимических покрытий 275
7.4 Применение нанокарбида кремния в технологии конструкционной керамики 283
7.5 Применение нанокарбида кремния в технологии поверхностного упрочнения сталей электровзрывным легированием 286
7.6 Сравнительный анализ базовой и инновационной технологии плазмометаллургического производства нанокарбида кремния 288
Выводы 292
Основные выводы 298
Список использованных источников
