Композитные материалы из керамических полых волокон, способы их получения и их применение - RU2007133102A

Реферат

1. Композитный материал, содержащий по меньшей мере одно полое волокно из проводящего кислород керамического материала, который проводит анионы кислорода и является электропроводящим керамическим материалом или комбинацией проводящего анионы кислорода керамического материала и электропроводящего керамического или некерамического материала, причем внешняя поверхность полого волокна контактирует с внешней поверхностью такого же полого волокна или другого полого волокна из проводящего кислород керамического материала, и места их контакта связаны спеканием.

2. Композитный материал, содержащий по меньшей мере одно полое волокно из проводящего кислород керамического материала, который проводит анионы кислорода и является электропроводящим керамическим материалом или комбинацией проводящего анионы кислорода керамического материала и электропроводящего керамического или некерамического материала, причем по меньшей мере на одной, предпочтительно на обеих торцевых поверхностях полого волокна предусмотрены один или два соединительных элемента для подачи или отведения текучей среды.

3. Композитный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит несколько сплетенных или скрученных друг с другом полых волокон.

4. Композитный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере два параллельно друг другу проходящих полых волокна из проводящего кислород керамического материала, наружные поверхности которого соприкасаются по меньшей мере частично вдоль их длины.

5. Композитный материал по п.4, отличающийся тем, что он содержит несколько расположенных в форме трубчатого мультиканального элемента и проходящих параллельно друг другу полых волокон или трубок, наружная поверхность которых соприкасается по меньшей мере частично вдоль их длины.

6. Композитный материал по п.5, отличающийся тем, что полые волокна или трубки образуют боковую поверхность трубчатого мультиканального элемента, внутреннее пространство которого является полым или содержит стержнеобразный армирующий материал.

7. Композитный материал по п.6, отличающийся тем, что полые волокна или трубки проходят вдоль внутренней стороны трубы из газонепроницаемого или пористого материала.

8. Композитный материал по п.6, отличающийся тем, что полое внутреннее пространство трубчатого мультиканального элемента содержит катализатор окисления.

9. Композитный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит одно или несколько полых волокон, которые тесно связаны, переплетены или спутаны друг с другом.

10. Композитный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что проводящий кислород керамический материал представляет собой оксидную керамику.

11. Композитный материал по п.10, отличающийся тем, что оксидная керамика имеет структуру перовскита или браунмиллерита или структуру фаз Ауривиллиуса.

12. Композитный материал по п.11, отличающийся тем, что оксидная керамика имеет структуру перовскита ABO_3-δ, причем A представляет двухвалентные катионы и B представляет трех- или более валентные катионы, радиус ионов A больше, чем радиус ионов B, и δ является числом между 0,01 и 0,9, предпочтительно между 0,01 и 0,5, чтобы обеспечивать электронейтральность материала, и причем A и/или B могут существовать как смеси разных катионов.

13. Композитный материал по п.11, отличающийся тем, что оксидная керамика имеет структуру браунмиллерита A₂B₂O_5-δ, причем A представляет двухвалентные катионы и B представляет трех- или более валентные катионы, радиус ионов A больше, чем радиус ионов B, и δ является числом между 0,01 и 0,9, предпочтительно между 0,01 и 0,5, чтобы обеспечивать электронейтральность материала, и причем A и/или B могут существовать как смеси разных катионов.

14. Композитный материал по п.12 или 13, отличающийся тем, что катионы типа A выбираются из катионов второй основной группы, первой подгруппы, второй подгруппы, группы лантанидов или смеси этих катионов, предпочтительно из Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Cu²⁺, Ag²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺ и/или лантанидов.

15. Композитный материал по п.12 или 13, отличающийся тем, что катионы типа B выбираются из катионов групп IIIB-VIIIB Периодической системы и/или группы лантанидов, металлов от третьей до пятой основной группы или смесей этих катионов, предпочтительно из Fe³⁺, Fe⁴⁺, Ti³⁺, Ti⁴⁺, Zr³⁺, Zr⁴⁺, Ce³⁺, Ce⁴⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺, Co²⁺, Co³⁺, Nd³⁺, Nd⁴⁺, Gd³⁺, Gd⁴⁺, Sm³⁺, Sm⁴⁺, Dy³⁺, Dy⁴⁺, Ga³⁺, Yb³⁺, Al³⁺, Bi⁴⁺ или смеси этих катионов.

16. Композитный материал по п.12, отличающийся тем, что проводящая кислород оксидная керамика со структурой перовскита содержит элементы Ba, Sr, Fe, Zn и, О, или элементы Ba, Co, Fe, Zr и О, в частности имеет состав BaCo_xFe_yZr_zO_3-δ, причем сумма x, y и z дает в итоге 1, z принимает значение между 0,1 и 0,5, x имеет величину в области a·y, a представляет собой величину между 0,8 и 1,2 и δ имеет значение, определенное в п.12.

17. Способ получения композитного материала по п.1, включающий следующие стадии:

i) получение сырого полого волокна путем экструдирования состава, содержащего наряду с полимером керамику, в частности оксидную керамику, или предшественник керамики, через фильеру, преимущественно кольцевую фильеру, известным по сути способом,

ii) получение сырого композитного материала из одного или нескольких полученных на стадии i) сырых полых волокон путем создания взаимных контактов на внешней поверхности(ях) сырого полого волокна(он), и

iii) проведение термообработки полученного на стадии ii) сырого композитного материала с удалением полимера, образованием керамики в случае использования предшественника керамики на стадии i) и образованием контакта между керамическими полыми волокнами.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что экструдирование производят методом сухого формования, методом мокрого формования или методом формования из расплава.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что композитный материал получают путем плетения, скручивания, тканья, трикотажной вязки, вывязывания сырого полого волокна(он) или путем укладки проходящих параллельно друг другу сырых полых волокон.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что сырые полые волокна располагают вокруг стержнеобразного армирующего элемента или вокруг трубки.

21. Способ по п.17, отличающийся тем, что термообработку полученного на стадии ii) композитного материала проводят при температурах от 900 до 1600°C.

22. Способ по п.17, отличающийся тем, что полученный после стадии iii) композитный материал по меньшей мере на одной торцевой поверхности полого волокна связывают, предпочтительно склеивают, по меньшей мере с одним соединительным элементом для подачи или отведения текучей среды.

23. Способ получения композитного материала по п.2, включающий следующие стадии:

i) получение сырого полого волокна путем экструдирования состава, содержащего наряду с полимером керамику, в частности оксидную керамику, или предшественник керамики, через фильеру, преимущественно кольцевую фильеру, известным по сути способом,

iv) получение сырого композитного материала из одного или нескольких полученных на стадии i) сырых полых волокон и по меньшей мере одного соединительного элемента для подачи или отведения текучей среды по меньшей мере на одной торцевой поверхности сырых полых волокон, и

v) проведение термообработки полученного на стадии iv) сырого композитного материала с удалением полимера и образованием контакта между керамическими полыми волокнами и по меньшей мере одним соединительным элементом, а также, в случае использования предшественника керамики на стадии i), образованием керамики, в частности оксидной керамики.

24. Применение композитного материала по любому из пп.1-16 для получения кислорода из кислородсодержащих газовых смесей, в частности из воздуха.

25. Применение композитного материала по любому из пп.1-16 для проведения реакций окисления, в частности для каталитического окисления органических соединений.