In diesem Artikel wird die Möglichkeit der Verwendung von Graphen-Dispersionen in zwei metallurgischen Prozessen – Pulvermetallurgie und Gießen – betrachtet.
Die Anfangsstadien dieser beiden Prozesse basieren auf den Methoden zur Einführung von Graphen und zur Herstellung von Halbfabrikaten mit den erforderlichen Eigenschaften. Im ersten Fall handelt es sich um die Herstellung einer Legierung, die Graphen enthält, gefolgt von deren Einführung in flüssiges Metall, und im zweiten Fall um die Herstellung von Graphen-Dispersionen mit den gewünschten Eigenschaften, die wiederum auch mit komplexen Verbindungen oder Lösungen legiert werden, die die erforderlichen chemischen Elemente enthalten.
Was die Herstellung einer Graphen enthaltenden Legierung betrifft, so ist dies kein besonders komplizierter Prozess, aber die Herstellung von Graphen-Dispersionen für die Pulvermetallurgie erfordert bestimmte technische Lösungen.
Legierungen mit Zusätzen von Graphen-Dispersionen können sowohl für Leichtmetalllegierungen als auch für Eisenlegierungen verwendet werden.
Alles, was im Folgenden beschrieben wird, befasst sich mit den Prozessen und Technologien unter Verwendung von Pulvermetallurgie, aber das ist zweifellos die Grundlage, die durch die Verwendung von Graphen in der Pulvermetallurgie und im Gießen verbessert wird.
Die Verwendung von reinem Graphen oder Graphen, das in löslichen komplexen Verbindungen erhalten wurde, in der Pulvermetallurgie lässt sich nicht beurteilen.
Unsere Methode zur Herstellung von Graphen-Dispersionen in verschiedenen Dispersionsmedien sowie die Methode zur Einführung von Graphen in Form einer Legierung zur Herstellung von Stahlgussteilen, Gusseisen und Buntmetallgussteilen sowie zur Herstellung von Produkten und Bauteilen mit Hilfe der traditionellen Pulvermetallurgie ermöglicht einen qualitativen und sogar revolutionären Durchbruch in der Maschinenbauindustrie.
Die Auswirkungen von Graphen auf die Eigenschaften von Gussteilen werden in vielen Arbeiten beschrieben, und in praktisch jedem dieser Arbeiten werden Daten vorgelegt, die erhebliche Steigerungen der Festigkeitseigenschaften um ein Vielfaches oder sogar um ein Vielfaches zeigen.
In der Buntmetallurgie beispielsweise können Aluminium-Graphen-Materialien ohne Verlust ihrer ursprünglichen Eigenschaften in Formen für Gussstücke verschiedener Formen geschmolzen werden. Sie können zu dünnem Folienwalzen und zu dünnen Drähten mit einem Durchmesser von weniger als 100 µm gezogen werden, was mit normalem Aluminium unmöglich ist. Überdünne Drähte aus Aluminium-Graphen-Verbundwerkstoffen sind eine ausgezeichnete Alternative zu den heute verwendeten Kupfer-, schweren und teuren sowie Aluminiumdrähten, von denen man sich bereits abwendet, weil sie beim Überhitzen oxidieren und brüchig werden. Darüber hinaus ist die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium-Graphen-Drähten um 10% höher als die von normalen Aluminiumdrähten.
Unsere Methode zur Herstellung von Graphen enthaltenden Legierungen ist universell, und weitere Arbeiten mit solchen Legierungen sind bereits Sache von Metallurgen, Metallurgen und Gießern.
Wir sind bereit, Materialien für Forschungen in diesen Bereichen zur Verfügung zu stellen.
Die Anwendung von Graphen in der Pulvermetallurgie bietet weitreichende Möglichkeiten sowohl für Forschungszwecke als auch für die industrielle Nutzung.
Die Pulvermetallurgie ist eine der modernsten und vielversprechendsten Methoden zur Herstellung von Metallprodukten. Sie ermöglicht die Schaffung komplexer Formen und Strukturen mit hohen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Das Ausgangsmaterial für den Prozess ist in der Regel Metallpulver, das unter Einwirkung von Temperatur und Druck in einen festen Körper – einen Rohling oder ein Teil – umgewandelt wird.
Dabei handelt es sich in der Regel um Produkte für Reibungszwecke, Konstruktionsmaterialien und Werkstoffe mit Antifriktionskomponenten.
Durch die Kombination von Graphen mit Metallpulvern ist es möglich, poröse metallische Produkte zu erhalten. Diese porösen metallischen Produkte werden gute antifriktionale Eigenschaften aufweisen, da die Poren mit Öl gefüllt werden können.
Die Rolle poröser antifriktionaler, reibungsbehafteter Materialien und Filter in der Technik ist nicht zu unterschätzen. Der Einsatz von gesinterten antifriktionalen Materialien hat die Lebensdauer von Lagern und anderen Reibungsteilen in Reibeinheiten um das 1,5- bis 10-fache erhöht, die Herstellungskosten erheblich gesenkt, Metallverluste reduziert und die Arbeitsproduktivität erhöht.
Auf industrieller Ebene wurde die Herstellung von selbstschmierenden Gleitlagern, Enddichtungen, Drucklagern, Kolbenringen und anderen Teilen von Reibeinheiten aus pulverförmigen antifriktionalen Materialien gemeistert. Antifriktionsmaterialien auf Basis der Pulvermetallurgie werden weit verbreitet in der Automobilindustrie, Landmaschinen, in Transport- und Energietechnik, in Luft- und Raumfahrttechnik, im Chemieanlagenbau, in der Textil- und Lebensmittelindustrie, in Haushaltsgeräten usw. eingesetzt.
Die Erhöhung von Lasten und Geschwindigkeiten verschiedener Maschinen und Mechanismen erforderte die Entwicklung neuer Reibungsmaterialien für Bremsen, Übertragungseinrichtungen und andere Reibeinheiten. Besonders hohe Anforderungen an Bremsvorrichtungen wurden durch die schnell voranschreitende Luftfahrttechnik gestellt. Bei modernen Flugzeugen erreicht die Temperatur auf der Reibfläche der Bremsvorrichtungen bis zu 1100 ºC bei Reibgeschwindigkeiten von bis zu 20 m/s und Drücken von bis zu 1,5 MPa. Traditionelle Gusseisen-, Stahl- und Asbest-Reibscheiben können keine zuverlässige Kontrolle von schnell bewegten Objekten und die Übertragung hoher Leistungen in Übertragungseinrichtungen gewährleisten. Pulverförmige Reibungsmaterialien werden weit verbreitet in Reibeinheiten mit erzwungener Schmierung (elektromagnetische Kupplungen, Synchronisatoren, Hydrogetriebe, Reibkupplungen usw.) und in Reibeinheiten ohne Schmierung (Kupplungskupplungen, Bremsen, elektromagnetische Kupplungen) in Flugzeugen, Autos, Traktoren, Metallbearbeitungsmaschinen und vielen anderen Maschinen und Mechanismen eingesetzt. Der Einsatz von pulverförmigen Reibungsmaterialien hat nicht nur die technischen Eigenschaften von Maschinen verbessert, sondern auch die Betriebsdauer von Reibeinheiten, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit von Fahrzeugen erhöht.
**Großes Interesse besteht in vielen Branchen der Technik an hochporösen Wärmerohren, die Wärmeleiter mit einer Wärmeleitfähigkeit darstellen, die tausendfach höher ist als die von Kupfer. Der Hauptarbeitsbereich des Wärmerohrs ist eine dünnen kapillaren Schicht auf seiner Innenfläche. Diese Schicht führt den kapillaren Transport des Wärmeträgers (Wasser, Freon, Alkohol, flüssiges Natrium usw.) von der Kondensationszone in die Verdampfungszone durch. Die einzigartig hohe Wärmeleitfähigkeit, Autonomie und die Fähigkeit zur langfristigen Nutzung (Tausende von Stunden) eröffnen den hochporösen Wärmerohren ein breites Anwendungsspektrum. In der Energietechnik sind sie erforderlich, um Wärme aus den internen überhitzenden Volumina von Kernkraftwerken, Elektromaschinen, Gasturbinenmotoren usw. abzuleiten. In der Luft- und Raumfahrttechnik, der Funktechnik und der Elektronik finden Wärmerohre Anwendung zur Temperaturstabilisierung von Geräten und zur Abführung von überschüssiger Wärme. Eine weitere neue Richtung sind Nanokomposite “Gamma-Metall-Graphen”. Sie sind Materialien, bei denen Gamma-Metall (üblicherweise eine Legierung auf Titan-, Aluminium- und anderen Elementen) als Grundmatrix verwendet wird und Graphen in Form von Nanopartikeln oder Nanoröhren zugesetzt wird. Diese Art von Nanokompositen besitzt einzigartige mechanische, elektrische und wärmeleitende Eigenschaften aufgrund der Kombination der Festigkeit von Gamma-Metall und der einzigartigen Eigenschaften von Graphen. Solche Materialien können in verschiedenen Bereichen nützlich sein, einschließlich der Industrie, Elektronik, Energie und vielen anderen. Abschließend, was den Umweltschutz betrifft: Ein Vorteil, der erwähnenswert ist, ist die Möglichkeit, Produkte praktisch ohne Abfall zu erhalten. Es gibt das Konzept des “Materialnutzungskoeffizienten”. Und hier liegt der Materialnutzungskoeffizient bei der Verwendung der Pulvermetallurgietechnologie deutlich höher als beim Gießen. Daraus ergibt sich ein weiterer Vorteil. Über die Pulvermetallurgie können Abfälle aus anderen Produktionen recycelt werden. Mit anderen Worten können Späne, Pulver usw. zur Herstellung von Produkten durch Pulvermetallurgie verwendet werden.
Mit anderen Worten: Der Einsatz eines innovativen Verfahrens zur Herstellung von Graphendispersionen und deren Einbringung in eine Vorlegierung zur Herstellung von Gusswerkstücken und in den technologischen Prozess der Pulvermetallurgie ist ein neuer Ansatz für den Einsatz von Graphen in der Metallurgie und der Herstellung von Materialien mit neue einzigartige Eigenschaften.