RU2186727C2 - Способ изготовления изделий из углеродных композиционных материалов - Google Patents
Способ изготовления изделий из углеродных композиционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186727C2 RU2186727C2 RU2000108071/12A RU2000108071A RU2186727C2 RU 2186727 C2 RU2186727 C2 RU 2186727C2 RU 2000108071/12 A RU2000108071/12 A RU 2000108071/12A RU 2000108071 A RU2000108071 A RU 2000108071A RU 2186727 C2 RU2186727 C2 RU 2186727C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pyrocarbon
- pyrolysis zone
- package
- filler
- finely divided
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 65
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims description 7
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000012856 packing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 16
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 4
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 125000001434 methanylylidene group Chemical group [H]C#[*] 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для химической и металлургической промышленности и может быть использовано при получении тиглей, деталей колонных аппаратов. Готовят суспензию из мелкодисперсного наполнителя и невспенивающегося безусадочного полимерного связующего. В качестве мелкодисперсного наполнителя можно использовать порошки стеклообразующих композиций фракциями не более 40 мкм, порошки углерода, карбидо- и/или нитридо-, и/или карбонитридообразующих металлов или неметаллов. Суспензию наносят на тканевые заготовки, формируют из них пакет и уплотняют его пироуглеродом из газовой фазы. При использовании порошков стеклообразующих композиций суспензию наносят на один из внутренних слоев пакета из тканевых заготовок и перед уплотнением проводят дополнительную термообработку при температуре оплавления стеклообразующей композиции. При использовании порошков углерода, карбидо- и/или нитридо-, и/или карбонитридообразующих порошков дополнительную термообработку проводят после или при уплотнении пироуглеродом при температуре карбидизации, нитридизации или карбонитридизации соответствующего металла или неметалла. Уплотнение пироуглеродом проводят термоградиентным методом при избыточном давлении метана 0,025-0,03 атм и скорости перемещения зоны пиролиза 0,1-0,5 мм/ч с температурой 950-1000oС. Изобретение позволяет понизить проницаемость изделий, повысить надежность их работы под давлением. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к изготовлению изделий из углеродных композиционных материалов с пониженной проницаемостью и может быть использовано при изготовлении плавильных, раздаточных тиглей, тиглей для электролиза расплавов солей, а также деталей колонных аппаратов и др. оборудования в химической и химико-металлургической промышленностях.
Известен способ изготовления изделий из углерода, включающий заливку фенолформальдегидной смолы резольного типа в форму, отверждение смолы под давлением, термообработку полученной заготовки при коночной температуре 1700oС в защитной атмосфере (Сборник трудов 6, "Конструкционные материалы на основе графита", 1971, М., Металлургия, с. 132).
Способ позволяет изготавливать непроницаемые для жидкостей и газов изделия, несмотря на низкую плотность получаемого при этом материала. Достигается это благодаря тому, что материал не имеет открытых пор. За свою специфичную структуру и непроницаемость материал получил название "стеклоуглерод".
Недостатком способа является сравнительно низкая прочность материала и невозможность изготовления из него крупногабаритных изделий из-за возникающих при термообработке усадочных процессов, ведущих к растрескиванию заготовки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, включающий нанесение суспензии из дисперсного наполнителя и связующего на тканевые заготовки, послойное формирование из них пакета и уплотнение его углеродным связующим, причем в качестве дисперсного наполнителя в суспензии используют измельченный графит фракцией не более 90 мкм, в качестве связующего - фенолформальдегидное связующее, претерпевающее в процессе нагрева усадку и вспенивание, а уплотнение пакета тканевых заготовок производят коксом, образующимся при карбонизации предварительно отвержденного связующего, с последующим доуплотнением материала пироуглеродом из газовой фазы (авт. св. СССР 1774521, С 04 В 35/52, 1992).
Способ позволяет изготавливать крупногабаритные изделия из материала с более высокой прочностью, чем из материала "стеклоуглерод".
Недостатком способа является сравнительно высокая проницаемость материала изделий, что усложняет процесс их последующей герметизации, проводимой с целью обеспечения работоспособности изделий при перепаде давлений.
Заявляемый способ позволяет понизить проницаемость материала изделий за счет получения по толщине изделия тонких слоев материала пониженной, в сравнении с остальной частью материала, проницаемости, что упрощает процесс окончательной герметизации изделий и повышает надежность работы их под давлением.
Это достигается тем, что в способе изготовления изделий из углеродных композиционных материалов, включающем нанесение суспензии из мелкодисперсного наполнителя и полимерного связующего на тканевые заготовки из углеродных волокон, пословное формирование пакета из тканевых заготовок и уплотнение пакета из тканевых заготовок углеродным связующим, суспензию из мелкодисперсного наполнителя и полимерного связующего наносят на расположенные в средней по толщине части пакета тканевые заготовки, причем в суспензии в качестве мелкодисперсного наполнителя используют порошки углерода, или карбидо-, карбонитридообразующих металлов или неметаллов, или их смеси, или порошки стеклообразующих композиций фракциями не более 40 мкм, а в качестве полимерного связующего используют невспенивающееся безусадочное полимерное связующее, уплотнение пакета из тканевых заготовок производят пироуглеродом из газовой фазы, при этом до или после, или при уплотнении пакета из тканевых заготовок пироуглеродом дополнительно проводят его термическую или термохимическую обработку.
В суспензии в качестве мелкодисперсного наполнителя можно использовать порошки стеклообразующих композиций, суспензию можно наносить на один из внутренних слоев пакета из тканевых заготовок, проводить термическую обработку пакета из тканевых заготовок при температуре оплавления стеклообразующей композиции выше температуры уплотнении пироуглеродом, после чего пакеты из тканевых заготовок уплотнить пироуглеродом из газовой фазы изотермическим методом.
Уплотнение пакета из тканевых заготовок пироуглеродом из газовой фазы можно производить термоградиентным методом при избыточном давлении метана 0,025-0,03 атм и скорости перемещения зоны пиролиза 0,1-0,5 мм/ч с температурой 950-1000oС.
В качестве мелкодисперсного наполнителя можно использовать порошки тугоплавкого карбидо-, и/или нитридо-, и/или карбонитридообразующего металла или неметалла, или их смесь с углеродным порошком, при этом после или при уплотнении пакета из тканевых заготовок можно проводить термическую обработку материала пакета при температуре карбидизации, нитридизации или карбонитридизации соответствующего металла или неметалла.
При уплотнении пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом можно проводить дополнительное уплотнение пироуглеродом мелкодисперсного наполнителя и прилегающих к нему слоев пакета из тканевых заготовок, для чего недопереместив зону пиролиза до слоя мелкодисперсного наполнителя на 1-2 мм, снижают парциальное давление метана до 200-300 мм рт. ст., а скорость перемещения зоны пиролиза снижают до 0,025-0,05 мм/ч, затем после перемещения зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя производят изотермическую выдержку в течение 60-90 ч при парциальном давлении метана 20-30 мм рт. ст., не перемещая при этом зону пиролиза, после чего уплотняют остальные по толщине части пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом.
После доуплотнения пироуглеродом при пониженном парциальном давлении метана слоя мелкодисперсного наполнителя и прилегающих к нему слоев пакета из тканевых заготовок можно проводить дополнительную термическую обработку в инертной среде при температуре карбидизации соответстующего металла или неметалла и уплотнить остальные по толщине части пакета пироуглеродом термоградиентным методом.
При уплотнении пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом, недопереместив зону пиролиза до слоя мелкодисперсного наполнителя на 1-2 мм, можно проводить термохимическую обработку, для чего в зону пиролиза подают смесь метана с азотом, при этом зону пиролиза перемещают со скоростью 0,025-0,05 мм/ч к слою мелкодисперсного наполнителя, а содержание азота в смеси увеличивают от 50 до 90%, затем зону пиролиза перемещают через слой мелкодисперсного наполнителя, а содержание азота доводят до 100%, причем температуру повышают до температуры нитридизации соответствующего металла или неметалла, не перемещая при этом зону пиролиза в течение 60-90 ч, после чего уплотняют остальные по толщине части пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом.
При уплотнении пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом, после перемещения зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя или после изотермической выдержки в течение 60-90 ч при парциальном давлении метана 20-30 мм рт. ст. можно производить термохимическую обработку в среде азота при температуре карбонитридизации соответствующего металла или неметалла, не перемещая при этом зону пиролиза в течение 60-90 ч, после чего уплотняют остальные по толщине части пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом.
Нанесение суспензии из мелкодисперсного наполнителя и полимерного связующего на расположенные в средней по толщине части пакета тканевые заготовки позволяет создать предпосылки для изменения их пористой структуры, а в конечном итоге - формирования на их основе (после уплотнения их пироуглеродом и дополнительной термической или термохимической обработки) слоев материала пониженной проницаемости (или вообще непроницаемых) при сохранении физико-механических и химических свойств материала наружных слоев изделия, ответственных за его прочность и коррозионную стойкость.
Использование в суспензии в качестве мелкодисперсного наполнителя порошков фракциями не более 40 мкм, а в качестве полимерного связующего - невспенивающегося безусадочного полимерного связующего позволяет заполнить межволоконные поры тканевых заготовок мелкодисперсным наполнителем и таким образом перевести крупные межволоконные и межслоевые поры этой части пакета в средние и мелкие, выровняв исходную (перед уплотнением пироуглеродом) пористость этой части пакета, и, тем самым, создать предпосылки (условия) для получения после ее уплотнении пироуглеродом материала с развитой тонкопористой структурой и преимущественным содержанием закрытых пор.
Использование в суспензии в качестве дисперсного наполнителя порошков фракциями более 40 мкм не позволило бы достаточно хорошо заполнить им межволоконные и межслоевые поры тканевых заготовок.
Использование вспенивающегося и претерпевающего при нагреве усадку полимерного связующего привело бы к нарушению исходной перед уплотнением пироуглеродом средней и мелкопористой структуры пакета по причине быстрого и спонтанного выделения газов и образования усадочных трещин.
Уплотнение пакета пироуглеродом из газовой фазы позволяет получить материал средних по толщине слоев изделия с развитой тонкопористой структурой и преимущественным содержанием закрытых пор, что в свою очередь позволяет существенно снизить его проницаемость (снизить коэффициент газопроницаемости с 1•10-6 до 0,5•10-8 см2/сек, а значит, и проницаемость изделия в целом.
Дополнительная термическая или термохимическая обработка пакета из тканевых заготовок до или после, или при уплотнении его пироуглеродом из газовой фазы при использовании в суспензии в качестве мелкодисперсного наполнителя порошков углерода или карбидо-, нитридо-, карбонитридообразующих металлов или неметаллов, или их смеси, или порошков стеклообразующих композиций фракциями не более 40 мкм позволяет придать внутренним слоям материала изделия дополнительную повышенную непроницаемость за счет образования дополнительных фаз.
Использование в суспензии в качестве мелкодисперсного наполнителя порошков стеклообразующих композиций, наносимых на один из внутренних слоев пакета из тканевых заготовок, и дополнительная, перед уплотнением пироуглеродом из газовой фазы изотермическим методом, термообработка материала пакета при температуре оплавления стеклообразующей композиции, превышающей температуру насыщения пироуглеродом, позволяет за счет образования внутри материала (и тем самым менее доступного для химического и механического воздействия) непроницаемого тонкого слоя стекла снизить проницаемость материала изделия.
Проведение уплотнения пакета из тканевых заготовок пироуглеродом из газовой фазы термоградиентным методом при избыточном давлении метана 0,025-0,03 атм и скорости перемещения зоны пиролиза 0,1-0,5 мм/ч с температурой 950-1000oС позволяет добиться более полного заполнения пор материала пакета пироуглеродом (чем изотермическим методом) и особенно пор мелкодисперсного наполнителя и, тем самым, снизить проницаемость изделия. Проведение уплотнения пакета пироуглеродом при температуре в зоне пиролиза ниже 950oС, скорости движения зоны пиролиза менее 0,1 мм/ч и давлении ниже атмосферного нецелесообразно, т.к. приводит к необоснованному удлинению процесса. Проведение уплотнения пакета пироуглеродом при температуре в зоне пиролиза выше 1000oС и скорости движения зоны пиролиза более 0,5 мм/ч нецелесообразно, т. к. приводит к уменьшению заполняемости пор пироуглеродом и, как следствие, к повышению проницаемости материала изделия. Проведение уплотнении пакета пироуглеродом при избыточном давлении более 0,03 атм нецелесообразно, т.к. приводит к усложнению конструкции установки.
Кроме отмеченного выше, уплотнение пакета пироуглеродом термоградиентным методом позволяет прервать его вблизи или в месте расположения слоя дисперсного наполнителя и провести доуплотнение его и прилегающих к нему слоев пироуглеродом при пониженном парциальном давлении метана или провести термохимическую обработку для формирования дополнительных фазовых составляющих материала, образующихся в результате химической реакции компонентов мелкодисперсного наполнителя между собой или с рабочей средой, используемой при термохимической обработке.
Использование в качестве мелкодисперсного наполнителя порошков тугоплавкого карбидо-, и/или нитридо-, и/или карбонитридообразующего металла или неметалла, или их смеси с углеродным порошком и проведение после или при уплотнении пакета из тканевых затовок пироуглеродом термической или термохимической обработки материала пакета при температуре карбидизации, нитридизации или карбонитридизации соответствующего металла или неметалла позволяет за счет большего объема образующихся при этом молекул карбидов, нитридов или карбонитридов, чем суммарный объем входящих в них атомов, уменьшить размеры пор материала, а часть пор перевести в закрытые, перекрыв образующимися соединениями устья пор.
Дополнительное уплотнение пироуглеродом мелкодисперсного наполнителя и прилегающих к нему слоев пакета из тканевых заготовок, проводимое в зоне пиролиза, недопереместившейся до места расположения слоя мелкодисперсного наполнителя на 1-2 мм, при парциальном давлении метана, сниженном до 200-300 мм рт. ст., и скорости перемещения зоны пиролиза до 0,025-0,05 мм/ч, с последующей сразу же после перемещения зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя изотермической выдержкой в течение 60-90 ч при парциальном давлении метина 20-30 мм рт. ст., проводимой без перемещении зоны пиролиза, позволяет придать этим слоям повышенную непроницаемость.
Поясним подробнее, как это достигается.
Наличие признаков, что предшествуют изотермической выдержке, позволяет исключить преждевременный "проскок" зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя, а также оставить относительно свободным доступ метана к слою мелкодисперсного наполнителя со стороны наружной поверхности пакета.
При парциальном давлении метана более 300 мм рт. ст. и скорости перемещения зоны пиролиза более 0,05 мм/ч возможен преждевременный "проскок" зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя и затруднение, тем самым, доступа к нему метана при изотермической выдержке. При парциальном давлении метана менее 200 мм рт. ст. и скорости перемещения зоны пиролиза менее 0,025 мм/ч необоснованно удлиняется процесс.
Изотермическая выдержка в течение 60-90 ч при парциальном давлении метана 20-30 мм рт. ст., проводимая без перемещения зоны пиролиза, позволяет провести собственно доуплотнение слоя мелкодисперсного наполнителя и прилегающих к нему слоев пакета пироуглеродом и, тем самым, уменьшить его проницаемость, а значит, проницаемость изделия в целом.
При парциальном давлении метана более 30 мм рт. ст. и времени изотермической выдержки менее 60 ч невозможно добиться эффективного доуплотнения пироуглеродом слоя мелкодисперсного наполнителя. При парциальном давлении метана менее 20 мм рт. ст. необоснованно удлиняется время доуплотнения пироуглеродом, а при его сохранении в заявляемых пределах (60-90 ч) и давлении менее 20 мм рт. ст. невозможно добиться эффективного доуплотнения пироуглеродом слоя мелкодисперсного наполнителя.
Проведение сразу после доуплотнения пироуглеродом при пониженном парциальном давлении метана слоя мелкодисперсного наполнителя и прилегающих к нему слоев пакета дополнительной термической обработки в инертной среде при температуре карбидизации соответствующего металла или неметалла позволяет придать слою мелкодисперсного наполнителя повышенную непроницаемость за счет образования в нем карбидов, молекулы которых имеют больший объем, чем объем составляющих их атомов, и блокирования (перекрытия), тем самым, устьев пор в слое мелкодисперсного наполнителя.
Проведение при уплотнении пироуглеродом пакета термоградиентным методом термохимической обработки, осуществляемой в зоне пиролиза, недопереместившейся до места расположения слоя дисперсного наполнителя на 1-2 мм, при скорости перемещения зоны пиролиза 0,025-0,05 мм/ч, с увеличивающимся по мере перемещения к слою дисперсного наполнителя содержанием азота в смеси с метаном от 50 до 90%, с последующим доведением содержания азота сразу после перемещения зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя до 100% и повышением температуры до температуры нитридизации соответствующего металла или неметалла, без перемещения при этом зоны пиролиза в течение 60-90 ч, позволяет максимально уплотнить слой мелкодисперсного наполнителя за счет образования в нем нитридов и карбонитридов, молекулы которых имеют больший объем, чем объем составляющих их атомов и перекрытия тем самым устьев пор в слое мелкодисперсного наполнителя.
Поясним подробней, как это достигается.
Наличие признаков, что предшествуют увеличению содержания азота до 100% и повышению температуры до температуры нитридизации соответствующего металла или неметалла позволяет исключить преждевременный "проскок" зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя, а также оставить относительно свободным доступ азота к слою мелкодисперсного наполнителя со стороны наружной поверхности пакета. При скорости перемещения зоны пиролиза более 0,05 мм/ч и неувеличения (по мере перемещения зоны пиролиза к слою мелкодисперсного наполнителя) содержания азота от 50 до 30% в смеси с метаном возможен преждевременный "проскок" зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя и затруднен тем самым доступ к нему азота при нитридизации.
Нитридизация слоя мелкодисперсного наполнителя в течение 60-90 ч, проводимая без перемещения зоны пиролиза, позволяет собственно доуплотнить слой мелкодисперсного наполнителя за счет образования в нем нитридов и карбонитридов соответствующих металлов или неметаллов и тем самым уменьшить его проницаемость.
При времени нитридизации менее 60 ч не обеспечивается достаточное уплотнение слоя мелкодисперсного наполнителя. Превышение времени нитридизации за 90 ч приводит к необоснованному удлинению процесса.
Проведение при уплотнении пироуглеродом пакета термоградиентным методом термохимической обработки, осуществляемой сразу же после перемещения зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя или после изотермической выдержки в течение 60-90 ч при парциальном давлении метана 20-30 мм рт. ст., в среде азота при температуре карбонитридизации соответствующего металла или неметалла позволяет придать слою мелкодисперсного наполнителя повышенную непроницаемость за счет укрупнения молекул карбидов металлов или неметаллов при переходе их в карбонитриды и перекрытия тем самым устьев пор в слое мелкодисперсного наполнителя.
При времени карбонитридизации менее 60 ч не обеспечивается достаточно большой процент перехода карбидов в карбонитриды. При времени карбонитридизации более 90 ч необоснованно удлиняется процесс.
Осуществление способа показано на следующих конкретных примерах, приведенных в таблице, где примеры 1-3, 7-8, 13, 14, 16, 18, 19 соответствуют, а примеры 4-6, 9-12, 15, 17 не соответствуют параметрам заявляемого способа.
Claims (8)
1. Способ изготовления изделий из углеродных композиционных материалов, включающий нанесение суспензии из мелкодисперсного наполнителя и полимерного связующего на тканевые заготовки из углеродных волокон, послойное формирование пакета из тканевых заготовок и его уплотнение пироуглеродом из газовой фазы, отличающийся тем, что суспензию из мелкодисперсного наполнителя и полимерного связующего наносят на тканевые заготовки, расположенные в средней по толщине части пакета, в качестве мелкодисперсного наполнителя используют порошки углерода, или карбидо-, нитридо-, карбонитридообразующих металлов, неметаллов, или их смеси, или порошки стеклообразующих композиций фракциями не более 40 мкм, а в качестве полимерного связующего используют невспенивающееся безусадочное полимерное связующее, при этом до или после или при уплотнении пакета из тканевых заготовок пироуглеродом дополнительно проводят его термическую или термохимическую обработку.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании в качестве мелкодисперсного наполнителя порошков стеклообразующих композиций суспензию наносят на один из внутренних слоев пакета из тканевых заготовок, а его дополнительную термическую обработку проводят при температуре оплавления стеклообразующей композиции, превышающей температуру уплотнения пироуглеродом, после чего уплотнение пироуглеродом проводят изотермическим методом.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что уплотнение пакета из тканевых заготовок пироуглеродом из газовой фазы производят термоградиентным методом при избыточном давлении метана 0,025-0,03 атм и скорости перемещения зоны пиролиза 0,1-0,5 мм/ч с температурой 950-1000oС.
4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что при использовании в качестве мелкодисперсного наполнителя порошков тугоплавких карбидо- и/или нитридо-, и/или карбонитридообразующего металла или неметалла, или их смеси с углеродным порошком термическую или термохимическую обработку проводят после или при уплотнении пироуглеродом при температуре карбидизации, нитридизации или карбонитридизации соответствующего металла или неметалла.
5. Способ по пп.1, 3 и 4, отличающийся тем, что при уплотнении пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом проводят дополнительное уплотнение пироуглеродом мелкодисперсного наполнителя и прилегающих к нему слоев пакета из тканевых заготовок, для чего, недопереместив зону пиролиза до слоя мелкодисперсного наполнителя на 1-2 мм, снижают парциальное давление метана до 200-300 мм рт. ст., а скорость перемещения зоны пиролиза снижают до 0,025-0,05 мм/ч, затем после перемещения зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя производят изотермическую выдержку в течение 60-90 ч при парциальном давлении метана 20-30 мм рт.ст., не перемещая при этом зону пиролиза, после чего уплотняют остальные по толщине части пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом.
6. Способ по пп.1 и 3-5, отличающийся тем, что после дополнительного уплотнения пироуглеродом мелкодисперсного наполнителя и прилегающих к нему слоев пакета из тканевых заготовок при пониженном парциальном давлении метана проводят дополнительную термическую обработку в инертной среде при температуре карбидизации соответствующего металла или неметалла, после чего уплотняют пироуглеродом остальные по толщине части пакета термоградиентным методом.
7. Способ по пп.1, 3 и 4, отличающийся, тем, что при уплотнении пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом, не допереместив зону пиролиза до слоя мелкодисперсного наполнителя на 1-2 мм, проводят термохимическую обработку, для чего в зону пиролиза подают смесь метана с азотом, при этом зону пиролиза перемещают со скоростью 0,025-0,05 мм/ч к слою мелкодисперсного наполнителя, а содержание азота в смеси увеличивают от 50 до 90%, затем зону пиролиза перемещают через слой мелкодисперсного наполнителя, а содержание азота доводят до 100%, причем температуру повышают до температуры нитридизации соответствующего металла или неметалла, не перемещая при этом зону пиролиза в течение 60-90 ч, после чего уплотняют остальные по толщине части пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом.
8. Способ по пп.1 и 3-5, отличающийся тем, что при уплотнении пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом после перемещения зоны пиролиза через слой мелкодисперсного наполнителя или после изотермической выдержки в течение 60-90 ч при парциальном давлении метана 20-30 мм рт. ст. производят термохимическую обработку в среде азота при температуре карбонитридизации соответствующего металла или неметалла, при этом зону пиролиза не перемещают в течение 60-90 ч, после чего уплотняют остальные по толщине части пакета из тканевых заготовок пироуглеродом термоградиентным методом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000108071/12A RU2186727C2 (ru) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | Способ изготовления изделий из углеродных композиционных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000108071/12A RU2186727C2 (ru) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | Способ изготовления изделий из углеродных композиционных материалов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000108071A RU2000108071A (ru) | 2002-03-10 |
| RU2186727C2 true RU2186727C2 (ru) | 2002-08-10 |
Family
ID=20232683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000108071/12A RU2186727C2 (ru) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | Способ изготовления изделий из углеродных композиционных материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2186727C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494042C1 (ru) * | 2012-01-11 | 2013-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого материала |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1163442A (en) * | 1965-09-07 | 1969-09-04 | Scott Paper Co | Pyrolytic Graphite Structures |
| GB1410090A (en) * | 1973-03-21 | 1975-10-15 | Atomic Energy Authority Uk | Reinforced carbon structures |
| RU2016844C1 (ru) * | 1991-02-26 | 1994-07-30 | Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита | Способ получения армированного графита |
| RU2034780C1 (ru) * | 1992-07-01 | 1995-05-10 | Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова | Углерод-углеродный композиционный материал |
| RU97116562A (ru) * | 1997-10-06 | 1999-07-20 | Акционерное общество "Росхан" | Конструкция многослойного газохода для высокотемпературных газовых сред и способ его изготовления |
-
2000
- 2000-04-03 RU RU2000108071/12A patent/RU2186727C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1163442A (en) * | 1965-09-07 | 1969-09-04 | Scott Paper Co | Pyrolytic Graphite Structures |
| GB1410090A (en) * | 1973-03-21 | 1975-10-15 | Atomic Energy Authority Uk | Reinforced carbon structures |
| RU2016844C1 (ru) * | 1991-02-26 | 1994-07-30 | Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита | Способ получения армированного графита |
| RU2034780C1 (ru) * | 1992-07-01 | 1995-05-10 | Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова | Углерод-углеродный композиционный материал |
| RU97116562A (ru) * | 1997-10-06 | 1999-07-20 | Акционерное общество "Росхан" | Конструкция многослойного газохода для высокотемпературных газовых сред и способ его изготовления |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494042C1 (ru) * | 2012-01-11 | 2013-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого материала |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fleisher et al. | Reaction bonding of silicon carbides by Binder Jet 3D-Printing, phenolic resin binder impregnation and capillary liquid silicon infiltration | |
| Jian-Feng et al. | Influence of the preparation temperature on the phase, microstructure and anti-oxidation property of a SiC coating for C/C composites | |
| US4354990A (en) | Process for sintering silicon nitride compacts | |
| SU1831413A3 (ru) | Cпocoб пoлучehия komпoзициohhoгo matepиaлa c metaлличeckoй matpицeй | |
| Li et al. | Siliconization elimination for SiC coated C/C composites by a pyrolytic carbon coating and the consequent improvement of the mechanical property and oxidation resistances | |
| RU2194682C2 (ru) | Способ изготовления тонкостенных изделий из силицированного углеродного композиционного материала | |
| CN113698223A (zh) | 一种夹层结构c/c超高温陶瓷复合材料及其制备方法 | |
| Konetschny et al. | Dense silicon carbonitride ceramics by pyrolysis of cross-linked and warm pressed polysilazane powders | |
| Li et al. | Improved antioxidative and mechanical properties of SiC coated C/C composites via a SiO2-SiC reticulated layer | |
| JPS62158157A (ja) | 浸透法による複合体 | |
| RU2001100720A (ru) | Способ изготовления тонкостенных изделий из силицированного углеродного композиционного материала | |
| Feng et al. | Medium‐temperature sintering efficiency of ZrB2 ceramics using polymer‐derived SiBCN as a sintering aid | |
| IE49733B1 (en) | Integral composite of polycrystalline diamond and/or cubic boron nitride body phase and substrate phase and process for making it | |
| Cai et al. | Effect of positioning impregnation on the oxidation behaviour of Ti3SiC2/SiC functionally graded materials at 1400° C | |
| RU2186727C2 (ru) | Способ изготовления изделий из углеродных композиционных материалов | |
| US5154779A (en) | Method of nitriding, carburizing, or oxidizing refractory metal articles using microwaves | |
| Zheng et al. | Ablation behaviour and mechanism of Mg-modified ZrC-SiC composite in plasma ablation flame | |
| JP2011063453A (ja) | 炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックス及び該セラミックスの製造方法 | |
| AU649252B2 (en) | A method of nitriding refractory metal articles | |
| Roger et al. | Characterization of SiC ceramics with complex porosity by capillary infiltration: Part B–Filling by molten silicon at 1500 C | |
| Jiang et al. | Multiphase composite Hf0. 8Ti0· 2B2–SiC–Si coating providing oxidation and ablation protection for graphite under different high temperature oxygen-containing environments | |
| DE4409099C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs mit keramischer Matrix sowie Verwendung eines solchen Werkstoffs | |
| Li et al. | Effect of difference in microstructure of rare refractory metal silicate doping matrix on oxidation behavior and mechanism of C/SiC composites | |
| RU2554645C2 (ru) | Способ изготовления изделий из реакционноспеченного композиционного материала | |
| Ma et al. | Passive and active oxidation of Al in the Al–Al2O3 composite refractory at high temperatures in air |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20060906 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100404 |