[go: up one dir, main page]

RU2090497C1 - Method of preparing oxidation-resistant carbon-carbon composite - Google Patents

Method of preparing oxidation-resistant carbon-carbon composite Download PDF

Info

Publication number
RU2090497C1
RU2090497C1 RU95101863A RU95101863A RU2090497C1 RU 2090497 C1 RU2090497 C1 RU 2090497C1 RU 95101863 A RU95101863 A RU 95101863A RU 95101863 A RU95101863 A RU 95101863A RU 2090497 C1 RU2090497 C1 RU 2090497C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
oxidation
frame
resistant
carbon fiber
Prior art date
Application number
RU95101863A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95101863A (en
Inventor
Г.В. Молев
Н.С. Мирзабекянц
Original Assignee
Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательская фирма "УЛЬТРАСАН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательская фирма "УЛЬТРАСАН" filed Critical Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-исследовательская фирма "УЛЬТРАСАН"
Priority to RU95101863A priority Critical patent/RU2090497C1/en
Publication of RU95101863A publication Critical patent/RU95101863A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2090497C1 publication Critical patent/RU2090497C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: composite materials. SUBSTANCE: frame is made by way of assembling carbon-fiber rods into cylindrical bundle which is further reinforced with carbon fibers. Frame is then heated to 900-950 C by directly passing current in natural gas medium, and kept at that temperature for no more than 24 h. Tested for oxidation resistance in air at 1200 C, material revealed considerable increase in heat resistance, weight loss for 6 h being 27-28%. EFFECT: increased oxidation and heat resistance. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области получения неметаллических композиционных материалов, стойких к окислению на воздухе и обладающих высокой прочностью при повышенных температурах. The invention relates to the field of non-metallic composite materials resistant to oxidation in air and having high strength at elevated temperatures.

Известен способ получения стойкого к окислению углеродного материала, заключающийся в нанесении многослойного защитного покрытия, состоящего из подслоя карбида кремния, промежуточного слоя смеси диоксида кремния и пудры карбида кремния и наружного слоя, состоящего из боратного стекла B2O3-SiO2. Углеродную основу в этом способе получают, пропитывая тканевый пакет из полиакрилонитрильного волокна раствором преконденсата фенольной смолы, горячим прессованием полученного пакета при 100oC и 20 кг/см2, отверждением при 250oC и термообработкой в азоте при 2000oC в течение 5 час для превращения пакета в углеродный композит [1]
Недостатками этого способа являются сложный и трудоемкий процесс изготовления собственно углеродной основы, а также использование много стадийного нанесения многослойного покрытия SiC/SiO2 - SiC/B2O3 SiO2. Следует также подчеркнуть неизбежное изменение состава покрытия со временем при температурах >1000oC в связи с высокой летучестью B2O3, что в свою очередь вызовет ухудшение защитных свойств покрытия. Таким образом, ресурс этого материала представляется ограниченным.
A known method of obtaining oxidation-resistant carbon material, which consists in applying a multilayer protective coating consisting of a sublayer of silicon carbide, an intermediate layer of a mixture of silicon dioxide and powder of silicon carbide and an outer layer consisting of borate glass B 2 O 3 -SiO 2 . The carbon base in this method is obtained by impregnating a fabric bag of polyacrylonitrile fiber with a solution of phenolic resin precondensate, hot pressing the resulting package at 100 o C and 20 kg / cm 2 , curing at 250 o C and heat treatment in nitrogen at 2000 o C for 5 hours for turning the bag into a carbon composite [1]
The disadvantages of this method are the complex and time-consuming process of manufacturing the carbon base itself, as well as the use of multi-stage deposition of a multilayer coating of SiC / SiO 2 - SiC / B 2 O 3 SiO 2 . It should also be emphasized the inevitable change in the composition of the coating over time at temperatures> 1000 o C due to the high volatility of B 2 O 3 , which in turn will cause a deterioration in the protective properties of the coating. Thus, the resource of this material seems to be limited.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения углерод-углеродного композита, стойкого к окислению, который предусматривает изготовление каркаса заполнением пустот углерод-углеродного композита, содержащего 10-70 об. углеродных волокон и 5-90 об. углеродной матрицы, методом химической паровой пропитки с последующим осаждением на поверхности керамического или углекерамического покрытия при нагреве до 1150oC в печи и выдержке в потоке пропана [2]
Недостатками этого способа являются многостадийность, сложность получения полуфабриката с заданным количеством пустот, а также технологические трудности, связанные с использованием водорода при осаждении защитного покрытия.
The closest in technical essence and the achieved result is a method of producing a carbon-carbon composite resistant to oxidation, which involves the manufacture of a frame by filling the voids of a carbon-carbon composite containing 10-70 vol. carbon fibers and 5-90 vol. carbon matrix by chemical vapor impregnation followed by precipitation on the surface of a ceramic or carbon-ceramic coating when heated to 1150 o C in an oven and kept in a propane stream [2]
The disadvantages of this method are multi-stage, the difficulty of obtaining a semi-finished product with a given number of voids, as well as technological difficulties associated with the use of hydrogen in the deposition of a protective coating.

Задачей настоящего изобретения явилась разработка способа получения углеродного композиционного материала, стойкого к окислению на воздухе, без применения ингибиторов окисления и защитных покрытий, а также без использования жидкофазной пропитки. The present invention was the development of a method for producing a carbon composite material resistant to oxidation in air, without the use of oxidation inhibitors and protective coatings, as well as without the use of liquid-phase impregnation.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения углерод-углеродного композита, стойкого к окислению, включающем изготовление каркаса из углеродного волокнистого материала и его нагрев и выдержку в потоке газообразных углеводородов, каркас изготавливают путем набора стержней из углеродного волокна в пучок цилиндрической формы, после чего каркас армируют углеродным волокном, нагрев осуществляют прямым пропусканием электрического тока через армированный каркас до 900-950oC, при этом в качестве газообразных углеводородов используют природный газ, а выдержку ведут не более 24 ч.The problem is solved in that in a method for producing a carbon-carbon composite that is resistant to oxidation, including the manufacture of a frame of carbon fiber material and its heating and exposure to a stream of gaseous hydrocarbons, the frame is made by a set of rods of carbon fiber into a cylindrical beam, after which frame reinforced with carbon fiber, heating is carried out by passing a direct electric current through the reinforced frame to 900-950 o C, wherein as gaseous hydrocarbon ispol'uet tourists natural gas, and the shutter speed are not more than 24 hours.

Пример. Углеродные стержни диаметром 2 мм получали из углеродного волокна УКН-5000 на стержневой машине. Связующим был выбран водный раствор поливинилового спирта (ПВС), соотношение ПВС: вода 1:2, температура отверждения была равной 200oC, длина готовых стержней составляла 0,5 м.Example. Carbon rods with a diameter of 2 mm were obtained from carbon fiber UKN-5000 on a rod machine. An aqueous solution of polyvinyl alcohol (PVA) was chosen as a binder, the ratio of PVA: water was 1: 2, the curing temperature was 200 ° C, the length of the finished rods was 0.5 m.

Из готовых углеродных стержней набирали пучки цилиндрической формы диаметром 6-12 мм и закрепляли липкой лентой. Полученную заготовку устанавливали в патрон намоточной машины и плотно обматывали углеродным волокном, которое также закрепляли липкой лентой. Beams of cylindrical shape with a diameter of 6-12 mm were collected from the finished carbon rods and secured with adhesive tape. The resulting billet was installed in the cartridge of the winding machine and tightly wrapped with carbon fiber, which was also fixed with adhesive tape.

Армированный углеродный каркас длиной 0,5 м и диаметром 12 мм помещали в проточный реактор, концы каркаса закрепляли в подвижных медных токоподводах. На поверхности каркаса устанавливали датчик температуры. Регулировку параметров нагрева осуществляли с помощью устройства высокоточной регулировки температуры ВРТ-3. A reinforced carbon frame 0.5 m long and 12 mm in diameter was placed in a flow reactor, the ends of the frame were fixed in movable copper current leads. A temperature sensor was installed on the surface of the frame. The heating parameters were adjusted using the VRT-3 high-precision temperature control device.

Насыщение полученного каркаса углеродной матрицей проводили методом химического осаждения из газовой фазы в результате пиролиза потока природного газа. Температура в зоне пиролиза составляла 900-950oC. Нагрев каркаса осуществляли прямым пропусканием электрического тока. Время, необходимое для получения одного прутка диаметром 12 мм и длиной 0,5 м, составляло не более 24 час. При этом плотность материала возрастала с 0,7 г/см3 до 1,4 г/см3.The obtained matrix was saturated with a carbon matrix by chemical vapor deposition as a result of pyrolysis of a natural gas stream. The temperature in the pyrolysis zone was 900-950 o C. The frame was heated by direct transmission of electric current. The time required to obtain one rod with a diameter of 12 mm and a length of 0.5 m, was no more than 24 hours. The density of the material increased from 0.7 g / cm 3 to 1.4 g / cm 3 .

Существенными отличиями способа получения материала являются конструкция каркаса, представляющего собой пучок углеродных стержней, плотно обмотанный по образующей углеродным волокном и примененный способ нагрева углеродного каркаса прямым пропусканием электрического тока. Significant differences in the method of obtaining the material are the design of the frame, which is a bundle of carbon rods tightly wrapped around the generatrix of the carbon fiber and the applied method of heating the carbon frame by direct transmission of electric current.

Использование предложенного способа позволяет получить новый углеродный композиционный материал, не имеющий аналогов по стойкости к окислению на воздухе, без применения ингибиторов окисления или защитных покрытий. Using the proposed method allows to obtain a new carbon composite material that has no analogues in oxidation resistance in air, without the use of oxidation inhibitors or protective coatings.

Испытания стойкости нового материала к окислению на воздухе проводили в печи сопротивления при 1200oC. Образцы представляли собой цилиндры диаметром 10-12 мм и высотой 10 мм. Образцы вводили поочередно в предварительно нагретую печь. Степень окисления определяли взвешиванием образцов до и после выдержит при заданной температуре в течение 1 час. Взвешивание проводили после остывания образца, обычно через 30 мин после изъятия образца из печи.Tests of the resistance of the new material to oxidation in air were carried out in a resistance furnace at 1200 ° C. The samples were cylinders 10-12 mm in diameter and 10 mm high. Samples were introduced alternately in a preheated oven. The oxidation state was determined by weighing the samples before and after withstanding at a given temperature for 1 hour. Weighing was carried out after cooling the sample, usually 30 minutes after removing the sample from the furnace.

Результаты испытаний приведены в таблице. The test results are shown in the table.

Как следует из таблицы, каждый из образцов нагревали до 1200oC, выдерживали при этой температуре 1 час и охлаждали до комнатной температуры многократно (циклично). Таким образом, под общим изменением веса в со знаком "-" подразумевается потеря веса образца через 5 час выдержки при 1200oC с 5-ю перерывами для взвешивания. Испытания показали, что с помощью предложенного способа получения углеродного материала достигается значительное повышение стойкости к окислению на воздухе при повышенных температурах - потеря веса при 1200oC в течение 6 час составляет 27-28% В известных способах при значительно меньшей температуре (700oC) потеря веса составляла 70% Возможно, что высокая стойкость к окислению на воздухе нового углеродного материала объясняется образованием в процессе его получения стеклоуглерода одной из самых жаростойких форм углерода. Это подтверждается данными Оже-спектроскопии участка поверхности продольного разреза образца нового материала.As follows from the table, each of the samples was heated to 1200 o C, kept at this temperature for 1 hour and cooled to room temperature repeatedly (cyclically). Thus, under the general change in weight in with the sign "-" means the weight loss of the sample after 5 hours exposure at 1200 o C with 5 interruptions for weighing. Tests showed that using the proposed method for producing carbon material, a significant increase in oxidation resistance in air at elevated temperatures is achieved - weight loss at 1200 o C for 6 hours is 27-28%. In the known methods at a much lower temperature (700 o C) weight loss was 70%. It is possible that the high resistance to oxidation in air of a new carbon material is explained by the formation of one of the most heat-resistant forms of carbon during the production of glassy carbon. This is confirmed by Auger spectroscopy data of a longitudinal section of a surface section of a sample of a new material.

Таким образом, конструкция каркаса и способ заполнения матрицей нового углеродного материала позволяют избежать многостадийных технологических процессов известных способов. При этом сохраняются и другие физико-механические характеристики углерод-углеродных композиционных материалов: плотность ρ (кг/см3) порядка 1,4•103, образцы углеродного материала диаметром 10-12 мм выдерживают нагрузку на сжатие 1500 кг, а на изгиб до 1000 кг.Thus, the design of the frame and the method of filling the matrix of a new carbon material can avoid multi-stage technological processes of known methods. At the same time, other physical and mechanical characteristics of carbon-carbon composite materials are preserved: density ρ (kg / cm 3 ) of the order of 1.4 • 10 3 , samples of carbon material with a diameter of 10-12 mm withstand a compression load of 1500 kg, and bending up to 1000 kg

Claims (2)

1. Способ получения углерод-углеродного композита, стойкого к окислению, включающий изготовление каркаса из углеродного волокнистого материала и его нагрев и выдержку в потоке газообразных углеводородов, отличающийся тем, что каркас изготовляют путем набора стержней из углеродного волокна в пучок цилиндрической формы, после чего каркас армируют углеродным волокном, нагрев осуществляют прямым пропусканием электрического тока через армированный каркас до 900 950oС, при этом в качестве газообразных углеводородов используют природный газ.1. A method of producing a carbon-carbon oxidation-resistant composite, comprising manufacturing a carcass of carbon fiber material and heating it and holding it in a stream of gaseous hydrocarbons, characterized in that the carcass is made by means of a set of carbon fiber rods in a cylindrical beam, after which the carcass reinforced with carbon fiber, heating is carried out by direct transmission of electric current through a reinforced frame to 900 950 o With, while natural gas is used as gaseous hydrocarbons. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку ведут не более 24 ч. 2. The method according to p. 1, characterized in that the shutter speed is not more than 24 hours
RU95101863A 1995-02-20 1995-02-20 Method of preparing oxidation-resistant carbon-carbon composite RU2090497C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95101863A RU2090497C1 (en) 1995-02-20 1995-02-20 Method of preparing oxidation-resistant carbon-carbon composite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95101863A RU2090497C1 (en) 1995-02-20 1995-02-20 Method of preparing oxidation-resistant carbon-carbon composite

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95101863A RU95101863A (en) 1997-08-27
RU2090497C1 true RU2090497C1 (en) 1997-09-20

Family

ID=20164651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95101863A RU2090497C1 (en) 1995-02-20 1995-02-20 Method of preparing oxidation-resistant carbon-carbon composite

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2090497C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2422358C2 (en) * 2009-07-29 2011-06-27 Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" Method of producing carbon-carbon composite material
RU2451037C2 (en) * 2010-08-16 2012-05-20 Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" Method of preparing composition for saturating carbon fibre
RU2533135C2 (en) * 2013-01-10 2014-11-20 Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" Method of obtaining carbon-carbon composite material
RU2558949C2 (en) * 2013-12-20 2015-08-10 Акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" Carbon fibre reinforcement frame, workpiece for making reinforcement frame and method of making same
RU2568725C1 (en) * 2014-06-18 2015-11-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method of producing volumetrically reinforced composite material
RU2712607C1 (en) * 2019-09-12 2020-01-29 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method for forming 3d frame multidimensional reinforced carbon composite material and device for its implementation
RU2789415C1 (en) * 2022-07-18 2023-02-02 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method for production of workpieces of carbon-carbon material resistant to erosion destruction

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Заявка Японии N 6-144967, кл. C 04 B 41/87, 1994. 2. Заявка ЕР N 0336648, кл. C 04 B 35/52, 1989. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2422358C2 (en) * 2009-07-29 2011-06-27 Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" Method of producing carbon-carbon composite material
RU2451037C2 (en) * 2010-08-16 2012-05-20 Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" Method of preparing composition for saturating carbon fibre
RU2533135C2 (en) * 2013-01-10 2014-11-20 Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" Method of obtaining carbon-carbon composite material
RU2558949C2 (en) * 2013-12-20 2015-08-10 Акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" Carbon fibre reinforcement frame, workpiece for making reinforcement frame and method of making same
RU2568725C1 (en) * 2014-06-18 2015-11-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method of producing volumetrically reinforced composite material
RU2712607C1 (en) * 2019-09-12 2020-01-29 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method for forming 3d frame multidimensional reinforced carbon composite material and device for its implementation
WO2021049969A1 (en) * 2019-09-12 2021-03-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Forming a 3d matrix of reinforced carbon composite material
RU2789415C1 (en) * 2022-07-18 2023-02-02 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method for production of workpieces of carbon-carbon material resistant to erosion destruction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0125772B1 (en) Fiber reinforced glass matrix composites
US3936535A (en) Method of producing fiber-reinforced composite members
US4808076A (en) Rotor for a gas turbine engine
EP0251301B1 (en) Carbon fiber-reinforced carbon composite material
EP0335736B1 (en) Process for producing carbon/carbon composites
JPS6257581B2 (en)
RU2090497C1 (en) Method of preparing oxidation-resistant carbon-carbon composite
JPH0373660B2 (en)
CN116143537A (en) Composite carbon-carbon crucible containing antioxidant coating and preparation method thereof
US4909872A (en) Process for making a fiber reinforced composite article
EP0179908B1 (en) Method for forming fiber reinforced composite articles
JPH08226054A (en) Method for producing carbon primary molded body and carbon / carbon composite material
US4976761A (en) Method for making ceramic matrix composite article
US4960629A (en) Fiber reinforced composite article
GB2192876A (en) Sic reinforced glass
JP2002255664A (en) C / C composite and method for producing the same
CA1281861C (en) Infusing preoxidized carbonaceous fibres with non-polar plasticizer
SU680639A3 (en) Composition material
RU2422358C2 (en) Method of producing carbon-carbon composite material
KR102863461B1 (en) Method for manufacturing ceramic fiber with sheath-core structure
RU2780174C1 (en) Method for manufacturing a two-dimensionally reinforced carbon-carbide composite material based on a carbon fibrous filler with a mixed carbon-carbide matrix
SU929444A1 (en) Method of making cylinders of reinforced plastics
RU2300509C2 (en) Method of production of the composite heat-insulation material and the material manufactured by this method
JPS5959976A (en) Production of silicon carbide coated carbon fiber
RU2533135C2 (en) Method of obtaining carbon-carbon composite material