Д. В. Харьков графит в науке и ядерной технике г. Новосибирск 013 Монография

Рис. 4.7
. Монокристаллическое образование в изотопе углерода 
13
С [111]. 
Рис.4.8.
Лауэграмма монокристалла в изотопе углерода 
13
С [4.2]. 

---

121 
4.5. 
Технологические 
особенности 
получения 
углеродного 
композиционного материала на основе изотопа 
13
С 
Нейтронная мишень должна выдерживать высокие тепловые нагрузки, 
то есть обладать достаточной термопрочностью, а также в минимальной 
степени изменять структуру под действием частиц с высокой энергией [63-
67]. В соответствии с критерием Кинджери максимальной термопрочностью 
обладают материалы с высокими прочностными характеристиками, высокой 
теплопроводностью и минимальным тепловым коэффициентом линейного 
расширения и динамическим модулем Юнга. 
Анализ свойств исходного изотопа 
13
С показал, что данный углерод 
имеет невысокую структурную прочность частиц, высокую удельную 
поверхность 
и 
низкую 
графитируемость. 
Как 
правило, 
труднографитирующиеся материалы имеют низкую теплопроводность, 
поэтому, для получения максимально возможной термопрочности 
требовалось создание композиционного материала с максимальными 
прочностными характеристиками и низким тепловым коэффициентом 
линейного расширения. Прочность увеличивается по мере приближения 
прочности карбонизованного связующего к прочности дисперсного 
наполнителя и возрастания адгезии между ними, а также при повышении 
гомогенности материала. Эта взаимосвязь определяет и другое свойство 
материалов – радиационную стойкость [121]. Кроме того, максимальные 
прочностные характеристики имеют углеродные материалы с малыми 
размерами областей когерентного рассеяния (см. главу 1). 
Наиболее подходящим углеродным материалом для модификации 
малопрочного и пористого наполнителя на основе изотопа 
13
С является 
стеклоуглерод, 
получаемый 
отверждением 
термореактивных 
фенолформальдегидных смол с последующей высокотемпературной 
обработкой. Его отличительными особенностями являются низкая 
газопроницаемость, высокая термическая стойкость, большая твердость, 

---

122 
высокие прочностные характеристики, инертность к агрессивным средам, 
невысокий термический коэффициент линейного расширения.
Таким образом, в качестве связующего и импрегната была выбрана 
фенолформальдегидная смола. Общая технологическая схема получения 
композиционного углеродного материала на основе изотопа 
13
С включает: 
дробление и рассев наполнителя, смешивание с жидким связующим, 
низкотемпературную обработку, размол и рассев прессмассы (получение 
пресспорошка), прессование, полимеризацию, обжиг предварительных 
заготовок, размол, рассев, повторное смешивание со связующим 
композиционного наполнителя, низкотемпературную обработку, размол и 
рассев прессмассы (получение пресспорошка), прессование, полимеризацию, 
обжиг, графитацию. Такой тип технологической схемы называется «нудель» 
процесс. Использование данной технологии позволяет увеличить плотность и 
прочность частиц наполнителя, увеличить адгезию между наполнителем и 
связующим, получить максимально гомогенный материал. 
Исследование формоизменений образцов композиционного углеродного 
материала на основе изотопа 
13
С после полимеризации показало наличие 
очень интенсивного расширение образца начиная с температуры 200°С, 
максимум приходится на температуру 400°С, затем происходит усадка, но 
после обжига происходит необратимое увеличение объема (рис. 4.9). В 
соответствии с полученными формоизменениями был разработан 
специальный режим обжига заготовок.
Температура графитации конечных изделий была определена на 
основании изменения высоты кристаллитов наполнителя от температуры 
обработки (рис. 4.3). Ранее было отмечено, что максимальные прочностные 
характеристики возможно получить при малых размерах ОКР. Начиная с 
температуры более 2600°С наблюдается резкий рост высоты кристаллитов, 
поэтому температура графитации составила 2600°С. 

---

123 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0
200
400
600
800
1000
Температура, °С
Отно
сите
льн
ое 
удлин
ени
е, х
1
0
-3