RU2241068C1 - Способ получения композиционного материала - Google Patents
Способ получения композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241068C1 RU2241068C1 RU2003129902/02A RU2003129902A RU2241068C1 RU 2241068 C1 RU2241068 C1 RU 2241068C1 RU 2003129902/02 A RU2003129902/02 A RU 2003129902/02A RU 2003129902 A RU2003129902 A RU 2003129902A RU 2241068 C1 RU2241068 C1 RU 2241068C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- tetramethylsilane
- methylsilane
- carried out
- trimethylsilane
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- UIUXUFNYAYAMOE-UHFFFAOYSA-N methylsilane Chemical group [SiH3]C UIUXUFNYAYAMOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 18
- CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N tetramethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- PQDJYEQOELDLCP-UHFFFAOYSA-N trimethylsilane Chemical compound C[SiH](C)C PQDJYEQOELDLCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 abstract 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical group [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению композиционных материалов, обладающих высокой термической и противоокислительной стойкостью. Может использоваться в теплонагруженных узлах авиационной и ракетно-космической техники и др. Предложен способ получения композиционного материала. Из газовой фазы проводят осаждение кремнийорганических продуктов на подложку. Процесс осуществляют в герметичной камере с принудительной циркуляцией. В качестве исходного реагента используют метилсилан. Температура подложки составляет 200-550°С. Техническим результатом является получение равномерного по толщине и структуре покрытия. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов, обладающих высокой термической и противоокислительной стойкостью, и может быть использовано в теплонагруженных узлах авиационной и ракетно-космической техники, а также в других отраслях машиностроения.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения, включающий осаждение из газовой фазы карбида кремния на пористый каркас (углеродный, керамический и др.), отличающийся тем, что в качестве исходного реагента используют метилсилан и процесс ведут при 650-800°С в присутствии инертного газа (RU 2130509, 20.05.1999, МПК-6 С 23 С 16/32, формула).
Недостатки ближайшего аналога заключаются в том, что данный способ не обеспечивает равномерного по толщине и структуре слоя покрытия и пожаро- и взрывобезопасности процесса.
Задачей изобретения является повышение равномерности распределения кремнийорганических соединений на подложке, снижение пожаро- и взрывобезопасности процесса.
Поставленная задача решается тем, что способ получения композиционного материала включает осаждение из газовой фазы кремнийорганических соединений на подложку с использованием в качестве исходного реагента метилсилана, согласно изобретению, осаждение проводят в герметичной камере с принудительной циркуляцией, а температура подложки при осаждении составляет 200-550°С.
В качестве метилсилана может быть использован триметилсилан и/или тетраметилсилан.
Осаждение может быть проведено при давлении от 200 кПа до давления насыщенного пара метилсилана, а в качестве подложки может быть использован пористый углеродный материал.
Разложение метилсилана на поверхности пористого углеродного материала протекает с заметной скоростью уже при 200°С. Газообразным продуктом реакции является метан, относительный выход которого γ=0,4 (где γ - выход в молях на моль разложившегося силана). С повышением температуры реакции до 550°С выход метана практически не меняется, а основным продуктом реакции является водород (γ=1,2-1,3). Использование низких температур нагрева подложки (200-550°С), что позволяет применять жидкие кремнийорганические соединения, обеспечивает взрыво- и пожаробезопасность процесса и упрощает технологический цикл.
Проведение процесса в герметичном объеме обеспечивает химическую чистоту газовой фазы, а принудительная циркуляция обеспечивает равномерность распределения кремнийорганических продуктов на подложке, а при наличии подложки сложной геометрической формы, например, лопатки турбины, имеющей внутренние полости, гарантирует наличие и равномерность слоя покрытия на всей поверхности подложки.
Нелетучими продуктами разложения метилсиланов, в частности тетраметилсилана и триметилсилана на поверхности пористого углеродного материала при 200-550°С, являются кремнийорганические продукты суммарного состава SiC3-3,5Н7,5-8,5 (рассчитано по данным материального баланса реакции), которые при дальнейшем повышении температуры легко распадаются с образованием водорода и аморфного карбида кремния.
Приведенные ниже примеры осуществления заявленного способа подтверждают, но не ограничивают его применение в промышленности.
Способ осуществляли в вакуумной установке, схематически изображенной на чертеже.
Установка является кварцевым вакуумным газопроточным, т.е. с принудительной циркуляцией, реактором. Образец 7 в виде пористого углеродного шнура нагревался электрическим током с помощью контактов 4, контроль температуры осуществляется термопарой 8, холодная вода подается через выход 1, заданное давление создается с помощью вакуумного насоса (не показан) через выход 2, а контроль давления осуществляется с помощью манометра (не показан) через выход 1.
Особенностью данного способа является самоторможение процесса при неполном расходе тетраметилсилана или триметилсилана. По этой причине после самоторможения процесса свободная ампула охлаждается жидким азотом до полного вымораживания неразложившегося тетраметилсилана или триметилсилана. Затем эта ампула также закрывается краном-пробкой.
Способ можно осуществлять в условиях непрерывного перемораживания тетраметилсилана или триметилсилана из одной ампулы в другую.
Последовательность операций при работе на установке.
1) В одну из ампул 5 или 6 заливается на воздухе тетраметилсилан и/или триметилсилан, ампула закрывается краном-пробкой и присоединяется к проточному реактору, вторая ампула пустая с открытым краном-пробкой присоединяется к проточному реактору.
2) Образец закрепляется на концах токоподводов и размещается в проточном реакторе.
3) Проточный реактор вакуумируется (Р=10-2 мм рт.ст.), через холодильники пропускают холодную воду, включается электронагрев образца.
4) После нагрева образца до требуемой температуры в реактор напускаются пары триметилсилана и/или тетраметилсилана из соответствующей ампулы, кран-пробка которой затем закрывается.
5) За протеканием процесса осуществляется контроль по изменению давления в системе, которое возрастает в соответствии с протекающим на нагретом образце пиролизе тетраметилсилана и/или триметилсилана.
Протекание процесса контролировали по изменению давления в реакторе от начального до конечного (соответственно Рн и Рк в кПа), по составу газовой фазы (газохроматографический анализ), изменение состояния образца - визуально и по увеличению веса. Идентификацию карбида кремния проводили по данным ИК-спектроскопического и рентгенофазового анализа.
В качестве подложки использовали углеродный жгут диаметром 3 мм и длиной 70-80 мм.
Пример 1. Исходный продукт - тетраметилсилан, разовый напуск до Рн=300, температура нагрева подложки составляет 200°С, время реакции 10 минут, Рк=279; 13% разложившегося тетраметилсилана, выход метана γ=0,40.
Пример 2. Исходный продукт - тетраметисилан, разовый напуск до Рн=240, температура нагрева подложки составляет 450°С, время реакции 1 минута, Рк=306; 53% разложившегося тетраметилсилана, выход метана γ=0,41, водорода γ=1,2.
Пример 3. Исходный продукт - смесь тетраметилсилана (82%) и триметилсилана (18%), разовый напуск до Pн=21.6, температура нагрева подложки составляет 500°С, время реакции 5 минут, Рк=366; 88% разложившихся силанов, выход метана γ=0,23, водорода γ=1,3.
Пример 4. Исходный продукт - смесь тетраметилсилана (82%) и триметилсилана (18%), девять напусков в каждом случае до Рн=210, температура нагрева подложки составляет 440°С, время реакции для каждого напуска 10 минут. Отношение веса шнура после реакции к начальному (здесь и ниже m0 и mк соответственно) mк/m0=1,32.
Пример 5. Исходный продукт - тетраметилсилан, восемь напусков до Рн в интервале 150-300, температура нагрева подложки составляет 340°С при первом напуске и 515°С при последнем напуске (равномерный подъем температуры от напуска к напуску). Время реакции после каждого напуска 10 минут, отношение mк/m0=1,54.
Пример 6. Исходный продукт - тетраметилсилан, пятнадцать напусков в каждом случае до Рн=200, температура нагрева подложки составляет 500°С, время реакции после каждого напуска 10 минут, отношение mк/m0=2,1.
Таким образом, применение данного способа позволяет получать равномерное по толщине и структуре слоя покрытие, обеспечивать взрыво- и пожаробезопасность процесса, а также его сокращение во времени.
Claims (4)
1. Способ получения композиционного материала, включающий осаждение из газовой фазы кремнийорганических продуктов на подложку с использованием в качестве исходного реагента метилсилана, отличающийся тем, что осаждение проводят в герметичной камере с принудительной циркуляцией, а температура подложки составляет 200-550°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве метилсилана используют триметилсилан и/или тетраметилсилан.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение проводят при давлении от 200 кПа до давления насыщенного пара метилсилана.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пористый углеродистый материал.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129902/02A RU2241068C1 (ru) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Способ получения композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129902/02A RU2241068C1 (ru) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Способ получения композиционного материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2241068C1 true RU2241068C1 (ru) | 2004-11-27 |
Family
ID=34311278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129902/02A RU2241068C1 (ru) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Способ получения композиционного материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2241068C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687343C1 (ru) * | 2018-03-22 | 2019-05-13 | Открытое акционерное общество "Композит" | Способ получения композиционного материала |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5053255A (en) * | 1990-07-13 | 1991-10-01 | Olin Corporation | Chemical vapor deposition (CVD) process for the thermally depositing silicon carbide films onto a substrate |
| RU2130509C1 (ru) * | 1998-01-26 | 1999-05-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Композит" | Способ получения композиционного материала |
| US6413583B1 (en) * | 1998-02-11 | 2002-07-02 | Applied Materials, Inc. | Formation of a liquid-like silica layer by reaction of an organosilicon compound and a hydroxyl forming compound |
-
2003
- 2003-10-09 RU RU2003129902/02A patent/RU2241068C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5053255A (en) * | 1990-07-13 | 1991-10-01 | Olin Corporation | Chemical vapor deposition (CVD) process for the thermally depositing silicon carbide films onto a substrate |
| RU2130509C1 (ru) * | 1998-01-26 | 1999-05-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Композит" | Способ получения композиционного материала |
| US6413583B1 (en) * | 1998-02-11 | 2002-07-02 | Applied Materials, Inc. | Formation of a liquid-like silica layer by reaction of an organosilicon compound and a hydroxyl forming compound |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687343C1 (ru) * | 2018-03-22 | 2019-05-13 | Открытое акционерное общество "Композит" | Способ получения композиционного материала |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Szwarc | The C–H bond energy in toluene and xylenes | |
| Gicquel et al. | Spectroscopic analysis and chemical kinetics modeling of a diamond deposition plasma reactor | |
| CA2104411C (en) | Chemical vapor deposition-production silicon carbide having improved properties | |
| US20180066358A1 (en) | Apparatus for producing carbon tetracarbide and diamond mass and fabricated products therefrom | |
| EP0417170A1 (en) | PROCESS FOR PLASMA DEPOSITION OF SILICON NITRIDE AND SILICON DIOXIDE FILMS ONTO A SUBSTRATE. | |
| Wu et al. | A study of gas chemistry during hot‐filament vapor deposition of diamond films using methane/hydrogen and acetylene/hydrogen gas mixtures | |
| US11624114B2 (en) | Method and system for producing graphene on a copper substrate by modified chemical vapor deposition (AP-CVD) | |
| KR20090040458A (ko) | 다공질체의 치밀화 방법 | |
| EP0201696B1 (en) | Production of carbon films | |
| Brooks et al. | Pyrolysis of benzene | |
| US20140170317A1 (en) | Chemical vapor deposition of graphene using a solid carbon source | |
| US3138435A (en) | Deposition apparatus and method for forming a pyrolytic graphite article | |
| US20140272136A1 (en) | Chemical Vapor Deposition of Graphene Using a Solid Carbon Source | |
| Berjonneau et al. | Deposition Process of Amorphous Boron Carbide from CH4∕ BCl3∕ H2 Precursor | |
| RU2241068C1 (ru) | Способ получения композиционного материала | |
| CN100546945C (zh) | 快速化学液相气化渗透法制备炭/炭构件的工艺 | |
| Berjonneau et al. | Understanding the CVD process of (Si)–B–C ceramics through FTIR spectroscopy gas phase analysis | |
| Liu et al. | Mechanism of the thermal decomposition of tetramethylsilane: a flash pyrolysis vacuum ultraviolet photoionization time-of-flight mass spectrometry and density functional theory study | |
| CN108059484A (zh) | 半导体晶体生长用石英坩埚镀氮化硼膜的方法 | |
| Beck et al. | Reaction of Cyclohexane with Mercury‐6 (3 P 1) Atoms | |
| Dresdner | The pyrolysis of trifluoromethyl sulfur pentafluoride and its reaction with perfluoropropylene | |
| Gusel’nikov et al. | A laboratory CVD reactor for the synthesis of vertically oriented carbon nanotube arrays | |
| Djerassi et al. | The Structures of the Diterpenoid Alkaloids Laurifoline and Cuauchichicine. Nomenclature Alteration | |
| CN106573212B (zh) | 组合合成金刚石晶胞和金刚石块 | |
| US3398013A (en) | Preparation of films of boron carbide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160914 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191010 |