RU2570073C1 - Carbon-siliconcarbide composite material and method of production of hermetic products from it - Google Patents
Carbon-siliconcarbide composite material and method of production of hermetic products from it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570073C1 RU2570073C1 RU2014116509/03A RU2014116509A RU2570073C1 RU 2570073 C1 RU2570073 C1 RU 2570073C1 RU 2014116509/03 A RU2014116509/03 A RU 2014116509/03A RU 2014116509 A RU2014116509 A RU 2014116509A RU 2570073 C1 RU2570073 C1 RU 2570073C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- silicon
- pores
- siliconcarbide
- free silicon
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 48
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 31
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 6
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 4
- 238000005475 siliconizing Methods 0.000 claims 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 53
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 208000012274 Laryngotracheoesophageal cleft Diseases 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000035900 sweating Effects 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 206010002512 anhidrosis Diseases 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области углерод-каридокремниевых композиционных материалов (УККМ), предназначенных для работы в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано при создании ракетно-космической техники, где к изделиям предъявляется требование по герметичности под избыточным давлением.The invention relates to the field of carbon-karidosilicon composite materials (UKKM), designed to work under conditions of high thermal loading and an oxidizing environment, and can be used to create rocket and space technology, where the product is required for tightness under excessive pressure.
Известен УККМ, содержащий армирующие углеродные волокна, углеродную матрицу и карбид кремния [пат. РФ №2084425, 1997 г.].Known UKKM containing reinforcing carbon fibers, a carbon matrix and silicon carbide [US Pat. RF №2084425, 1997].
Недостатком материала является невозможность изготовления из него герметичных изделий, что обусловлено наличием у материала открытой пористости.The disadvantage of the material is the impossibility of making sealed products from it, which is due to the presence of open porosity in the material.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является углерод-карбидокремниевый композиционный материал, содержащий армирующие углеродные волокна и углерод-карбидокремниевую матрицу, открытые поры которой заполнены свободным кремнием; причем компоненты материала имеют близкие значения КЛТР [Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология», 2012 г., т. 55, вып. 6, с. 64-65].The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a carbon-carbide-silicon composite material containing reinforcing carbon fibers and a carbon-silicon carbide matrix, the open pores of which are filled with free silicon; moreover, the components of the material have close values of the CTE [News of higher educational institutions. Series "Chemistry and Chemical Technology", 2012, vol. 55, no. 6, p. 64-65].
Благодаря устранению возможности образования в УККМ на стадии его охлаждения (с температуры получения) усадочных трещин, а также благодаря заполнению открытых пор УККМ свободным кремнием появляется возможность изготовления из него герметичных изделий для работы в условиях теплового нагружения и окислительной среды.By eliminating the possibility of the formation of shrinkage cracks in the UKKM at the stage of its cooling (from the receiving temperature), as well as by filling the open pores of the UKKM with free silicon, it becomes possible to manufacture hermetic products for use under thermal loading and an oxidizing environment.
Недостатком материала является невозможность его использования при температурах выше температуры плавления кремния, в том числе - в вакууме.The disadvantage of the material is the inability to use it at temperatures above the melting point of silicon, including in vacuum.
Известен способ изготовления изделий из УККМ, включающий изготовление пористой заготовки из углеродсодержащего материала и ее силицирование парофазным методом [пат. РФ №1834839, 1993 г.].A known method of manufacturing products from UKKM, including the manufacture of a porous preform from a carbon-containing material and its silicification by the vapor-phase method [US Pat. RF №1834839, 1993].
Способ не обеспечивает возможность изготовления герметичных изделий из УККМ.The method does not provide the possibility of manufacturing sealed products from UKKM.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления изделий из УККМ, включающий изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, компоненты которого имеют близкий КЛТР, и ее силицирование [пат. РФ №2480433, 2013 г.]. В соответствии с ним силицированию подвергают заготовку из углеродсодержащего материала с размером пор до 120 мкм; при этом силицирование осуществляют паро-жидкофазным методом при технологических параметрах, позволяющих сперва получить углеродкарбидокремниевый материал, а затем заполнить свободным кремнием его открытые поры, в том числе достаточно крупные.Closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing products from UKKM, including the manufacture of a workpiece from a porous carbon-containing material, the components of which have close KLTR, and its silicification [US Pat. RF №2480433, 2013]. In accordance with it, a preform of carbon-containing material with a pore size of up to 120 microns is subjected to silicification; in this case, silicification is carried out by the vapor-liquid-phase method with technological parameters that make it possible to first obtain carbon-silicon carbide material and then fill open pores with free silicon, including sufficiently large ones.
Способ позволяет изготавливать герметичные изделия из УККМ.The method allows the manufacture of sealed products from UKKM.
Недостатком способа является то, что изготовленные в соответствии с ним герметичные изделия невозможно использовать при температуре выше температуры плавления кремния, в том числе в вакууме.The disadvantage of this method is that the sealed products made in accordance with it cannot be used at temperatures above the melting point of silicon, including in vacuum.
Задачей изобретения является обеспечение возможности использования герметичных изделий из УККМ при температурах выше температуры плавления кремния, в том числе в вакууме.The objective of the invention is to enable the use of sealed products from UKKM at temperatures above the melting temperature of silicon, including in vacuum.
При разработке нового УККМ был изобретен новый способ изготовления изделий из указанного материала.When developing a new UKKM, a new method of manufacturing products from the specified material was invented.
Применение их позволит решить поставленную задачу с получением требуемого технического результата. Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.Their application will solve the problem with obtaining the required technical result. Therefore, the claimed invention satisfy the requirement of unity of invention.
Поставленная задача решается за счет того, что в углерод-карбидокремниевом композиционном материале, содержащем армирующие углеродные волокна и углерод-карбидокремниевую матрицу, открытые поры которой заполнены свободным кремнием; причем компоненты материала имеют близкие значения КЛТР, в соответствии с заявляемым техническим решением свободный кремний распределен по всему объему материала, а размер его отдельных фрагментов вблизи наружной поверхности материала не превышает 30 мкм; при этом свободный кремний содержит в своей структуре растворенные в нем углерод и азот.The problem is solved due to the fact that in the carbon-carbide-silicon composite material containing reinforcing carbon fibers and a carbon-carbide-silicon matrix, the open pores of which are filled with free silicon; moreover, the components of the material have close CTE values, in accordance with the claimed technical solution, free silicon is distributed throughout the volume of the material, and the size of its individual fragments near the outer surface of the material does not exceed 30 microns; while free silicon contains in its structure carbon and nitrogen dissolved in it.
Распределение свободного кремния по всему объему УККМ придает материалу пониженную проницаемость.The distribution of free silicon over the entire volume of UKKM gives the material reduced permeability.
Непревышение отдельными фрагментами свободного кремния размера в 30 мкм позволяет исключить образование трещин в УККМ как в процессе получения материала, так и в процессе его эксплуатации. Кроме того, ограничение в размерах отдельных фрагментов свободного кремния в УККМ, а также то, что он содержит в своей структуре растворенные в нем углерод и азот, позволяет в период нагрева УККМ до температур выше температуры плавления кремния, исключить его выпотевание из пор материала, которые до их заполнения свободным кремнием были открытыми. Обусловлено это тем, что он (свободный кремний) удерживается в ультратонких порах капиллярными силами, а также тем, что его свойства претерпели некоторые изменения под влиянием растворенных в нем углерода и азота с образованием соответствующих сплавов.The non-exceeding by individual fragments of free silicon of a size of 30 μm makes it possible to exclude the formation of cracks in UKKM both in the process of obtaining the material and in the process of its operation. In addition, the limitation in the size of individual fragments of free silicon in the UKCM, as well as the fact that it contains carbon and nitrogen dissolved in it in its structure, allows the heating of the UKCM to temperatures above the melting point of silicon to prevent its sweating from the pores of the material, which before they were filled with free silicon, they were open. This is due to the fact that it (free silicon) is retained in ultrathin pores by capillary forces, as well as the fact that its properties underwent some changes under the influence of carbon and nitrogen dissolved in it with the formation of the corresponding alloys.
При превышении отдельными фрагментами свободного кремния размера в 35 мкм возрастает вероятность как возникновения трещинок в УККМ под воздействием расширяющегося при затвердевании кремния, так и его выпотевания при температурах выше температуры плавления кремния.When individual fragments exceed free silicon size of 35 μm, the likelihood of both cracks in the UKCM under the influence of silicon expanding during solidification and its sweating at temperatures above the melting temperature of silicon increases.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность УККМ сохранять низкую проницаемость при нагреве до температур выше температуры плавления кремния.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability of the UKKM to maintain low permeability when heated to temperatures above the melting temperature of silicon.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: обеспечивается возможность использования герметичных изделий, изготовленных из этого материала, при температурах выше температуры плавления кремния, в том числе в вакууме.Thanks to the new property, the task is solved, namely: it is possible to use sealed products made of this material at temperatures above the melting temperature of silicon, including in vacuum.
Поставленная задача решается также за счет того, что в способе изготовления герметичных изделий, включающем изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, компоненты которого имеют близкий КЛТР, и ее силицирование паро-жидкофазным методом, в соответствии с заявляемым техническим решением, перед силицированием в порах материала заготовки формируют углерод в виде ультра- и/или нанодисперсных частиц, адсорбирующих азот и углеродсодержащие реакторные газы, а массоперенос кремния в поры материала осуществляют путем капиллярной конденсации его паров на стадии нагрева и/или изотермической выдержки в интервале температур 1300-1500°C.The problem is also solved due to the fact that in the method of manufacturing sealed products, including the manufacture of a workpiece from a porous carbon-containing material, the components of which have a close CTE, and its silicification by the vapor-liquid-phase method, in accordance with the claimed technical solution, before silicification in the pores of the workpiece material form carbon in the form of ultra- and / or nanosized particles adsorbing nitrogen and carbon-containing reactor gases, and silicon mass transfer to the pores of the material is carried out by illyarnoy condensation of vapor in the heating stage and / or isothermal holding in the range of 1300-1500 ° C temperatures.
Формирование в порах материала заготовки перед ее силицированием углерода в виде ультра- и/или нанодисперсных частиц позволяет все открытые поры, включая и крупные, перевести в разряд ультратонких, оставив их преимущественно открытыми, а значит, доступными парам кремния. Кроме того, благодаря адсорбции азота и углеродсодержащих реакторных газов ультра- и/или нанодисперсными частицами углерода создаются условия для насыщения карбида кремния и свободного кремния углеродом и азотом.The formation in the pores of the preform material before carbon silicification in the form of ultra- and / or nanodispersed particles allows all open pores, including large ones, to be transferred to the ultrathin discharge, leaving them predominantly open, and therefore accessible to silicon vapors. In addition, due to the adsorption of nitrogen and carbon-containing reactor gases by ultra- and / or nanosized particles of carbon, conditions are created for the saturation of silicon carbide and free silicon with carbon and nitrogen.
Осуществление массопереноса кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров на стадии нагрева и/или изотермической выдержки в интервале температур 1300-1500°C позволяет заполнить кремнием сколь угодно мелкие поры, в том числе и ультратонкие. При этом параллельно с массопереносом кремния в поры углеродсодержащего материала протекает процесс карбидизации кремния и углерода с завершением его на изотермической выдержке при более высокой температуре. Часть же избыточного кремния остается в виде свободного кремния. Процесс карбидизации кремния сопровождается растворением в нем азота и избыточного углерода, которые по завершении указанного процесса диффундируют в свободный кремний и, растворяясь в нем, образуют сплавы кремния с азотом и углеродом.The mass transfer of silicon into the pores of a material by capillary condensation of its vapor at the stage of heating and / or isothermal holding in the temperature range 1300-1500 ° C allows you to fill any small pores with silicon, including ultrathin ones. In this case, in parallel with the mass transfer of silicon into the pores of the carbon-containing material, the process of carbidization of silicon and carbon proceeds with its completion at isothermal exposure at a higher temperature. Part of the excess silicon remains in the form of free silicon. The silicon carbidization process is accompanied by the dissolution of nitrogen and excess carbon in it, which, upon completion of this process, diffuse into free silicon and, dissolving in it, form silicon alloys with nitrogen and carbon.
При температуре ниже 1300°C возникает вероятность конденсации паров кремния преимущественно на поверхности изделия. При температуре выше 1500°C повышается вероятность незаполнения особенно тонких пор из-за высокой скорости конденсации паров кремния.At temperatures below 1300 ° C, there is a possibility of condensation of silicon vapor mainly on the surface of the product. At temperatures above 1500 ° C, the probability of not filling especially thin pores increases due to the high rate of condensation of silicon vapor.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения возникает новое свойство: способность к изготовлению изделий из УККМ со структурой, позволяющей сохранить в них низкую проницаемость при нагреве до температур выше температуры плавления кремния.In the new set of essential features, the object of the invention creates a new property: the ability to manufacture products from UKKM with a structure that allows them to maintain low permeability when heated to temperatures above the melting temperature of silicon.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: обеспечивается возможность использования герметичных изделий из УККМ при температурах выше температуры плавления кремния, в том числе в вакууме.Thanks to the new property, the task is solved, namely: it is possible to use sealed products from UKKM at temperatures above the melting point of silicon, including in vacuum.
На фиг. 1 приведена микроструктура УККМ. Она свидетельствует о следующем:In FIG. 1 shows the microstructure of UKKM. It indicates the following:
1) свободный кремний действительно распределен по всему объему материала;1) free silicon is really distributed throughout the volume of the material;
2) размер отдельных фрагментов свободного кремния в порах материала вблизи его наружной поверхности действительно не превышает 3 мкм.2) the size of individual fragments of free silicon in the pores of the material near its outer surface does not really exceed 3 microns.
На фиг. 2 приведена микроструктура УККМ, подвергнутого нагреву в вакууме до температуры 1800°C с выдержкой при ней в течение 3 часов. Она свидетельствует об отсутствии выпотевания свободного кремния из поверхностных пор. В результате испытаний образцов из заявляемого УККМ на газопроницаемость установлено, что после нагрева образцов в вакууме до 1800°C с выдержкой при ней в течение 3 часов коэффициент газопроницаемости материала практически не изменился (смотри таблицу).In FIG. Figure 2 shows the microstructure of UKKM subjected to heating in vacuum to a temperature of 1800 ° C with holding it for 3 hours. It indicates the absence of sweating of free silicon from surface pores. As a result of tests of samples from the claimed UKKM for gas permeability, it was found that after heating the samples in vacuum to 1800 ° C with holding for 3 hours, the gas permeability coefficient of the material remained practically unchanged (see table).
Способ изготовления изделий из заявляемого УККМ осуществляют следующим образом. Одним из известных способов изготавливают заготовку из пористого углеродсодержащего материала, компоненты которого имеют близкий КЛТР. Затем в порах материала заготовки формируют углерод в виде ультра- и/или нанодисперсных частиц, адсорбирующих азот и углеродсодержащие реакторные газы. После этого проводят силицирование заготовки паро-жидкофазным методом. При этом массоперенос кремния в поры материала осуществляют путем капиллярной конденсации его паров на стадии нагрева и/или изотермической выдержки в интервале температур 1300-1500°C.A method of manufacturing products from the claimed UKKM is as follows. One of the known methods is made of a preform of a porous carbon-containing material, the components of which have a close CTE. Then, carbon is formed in the pores of the workpiece material in the form of ultra- and / or nanosized particles adsorbing nitrogen and carbon-containing reactor gases. After that, the workpiece is silicified by the vapor-liquid-phase method. In this case, mass transfer of silicon into the pores of the material is carried out by capillary condensation of its vapor at the stage of heating and / or isothermal exposure in the temperature range 1300-1500 ° C.
Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа.The following are examples of specific implementation of the method.
Во всех примерах изготавливали пластины размером 120×150×6-8 мм.In all examples, plates of size 120 × 150 × 6-8 mm were made.
Пример 1Example 1
Каркас на основе углеродной ткани марки Урал-ТМ-4 уплотнили пироуглеродом термоградиентным методом при температуре в зоне пиролиза 980°C со скоростью движения зоны 0,5 мм/час. В результате получили заготовку из УУКМ плотностью 1,41 г/см3 и открытой пористостью 11,8%, в котором компоненты имели близкий КЛТР. Затем в порах материала заготовки сформировали углерод в виде нанодисперсных частиц. Осуществили это путем выращивания в порах материала углеродных нанотрубок из газовой фазы каталитическим методом. Расчетная плотность материала перед силицированием составила 1,52 г/см3. Затем провели силицирование заготовки паро-жидкофазным методом. При этом массоперенос кремния в поры материала осуществили путем капиллярной конденсации его паров на стадии ступенчатого нагрева с 1300 до 1500°C и во время часовой выдержки при 1500°C, для чего тигли с кремнием нагревали до температуры, превышающей температуру силицируемой заготовки. Для завершения карбидизации кремния и углерода заготовку нагрели до 1800°C и выдержали 1 час. В результате получили УККМ с плотностью 1,83 г/см3 и открытой пористостью 0,09%.The framework based on carbon fabric of the Ural-TM-4 brand was sealed with pyrocarbon using a thermogradient method at a temperature in the pyrolysis zone of 980 ° C with a zone speed of 0.5 mm / h. As a result, a blank was obtained from CCCM with a density of 1.41 g / cm 3 and an open porosity of 11.8%, in which the components had a close CTE. Then, carbon was formed in the pores of the workpiece material in the form of nanosized particles. This was done by growing the carbon nanotubes from the gas phase in the pores of the material by the catalytic method. The estimated density of the material before silicification was 1.52 g / cm 3 . Then, the workpiece was silicified by the vapor-liquid-phase method. The mass transfer of silicon into the pores of the material was carried out by capillary condensation of its vapor at the stage of stepwise heating from 1300 to 1500 ° C and during an hour exposure at 1500 ° C, for which crucibles with silicon were heated to a temperature higher than the temperature of the siliconized workpiece. To complete the carbidization of silicon and carbon, the billet was heated to 1800 ° C and held for 1 hour. The result was a UKKM with a density of 1.83 g / cm 3 and an open porosity of 0.09%.
Пример 2Example 2
Пластину изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что заготовку из УУКМ изготовили следующим образом. На основе каркаса из углеродной ткани марки Урал-ТМ-4 и коксообразующего связующего (фенолформальдегидного связующего марки БЖ-3) сформировали углепластиковую заготовку. Заготовку карбонизовали, после чего уплотнили пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до плотности 1,20 г/см3 и открытой пористости 14,7%. Компоненты полученного УУКМ имели близкий КЛТР. Расчетная плотность материала после формирования в его порах углерода в форме наночастиц составила 1,39 г/см3. В результате силицирования получен УККМ с плотностью 1,91 г/см3 и открытой пористостью 0,08%.The plate was made analogously to example 1 with the significant difference that the workpiece from CCM made as follows. On the basis of a framework made of carbon fabric of the Ural-TM-4 brand and a coke-forming binder (phenol-formaldehyde binder of the BZh-3 brand), a carbon-plastic preform was formed. The preform was carbonized, and then compacted with pyrocarbon by a vacuum isothermal method to a density of 1.20 g / cm 3 and an open porosity of 14.7%. The components of the obtained CCM had a close CTE. The estimated density of the material after the formation of carbon in the form of nanoparticles in its pores was 1.39 g / cm 3 . As a result of silicification, a UKCM with a density of 1.91 g / cm 3 and an open porosity of 0.08% was obtained.
Остальные примеры конкретного выполнения способа приведены в таблице, где примеры 1-5 соответствуют заявляемым пределам, в которых примеры 4, 5 - с предельными значениями по температуре массопереноса кремния в поры материала, а примеры 6, 7 - с запредельными значениями.The remaining examples of the specific implementation of the method are shown in the table where examples 1-5 correspond to the claimed limits, in which examples 4, 5 with extreme values for the temperature of mass transfer of silicon into the pores of the material, and examples 6, 7 with extraordinary values.
На основании анализа таблицы можно сделать следующие выводы:Based on the analysis of the table, the following conclusions can be drawn:
1. Изготовление изделий в соответствии с заявляемым способом (примеры 1-5) позволяет получить УККМ с размером отдельных фрагментов свободного кремния вблизи наружной поверхности изделия не более 3 мкм (что соответствует заявляемому материалу). В свою очередь малый размер фрагментов свободного кремния, а также распределение его по всему объему материала, придает ему не только низкую изначальную проницаемость, но и позволяет сохранить низкую проницаемость после трехчасовой выдержки материала в вакууме при 1800°C.1. The manufacture of products in accordance with the claimed method (examples 1-5) allows you to get UKKM with the size of individual fragments of free silicon near the outer surface of the product no more than 3 microns (which corresponds to the claimed material). In turn, the small size of the free silicon fragments, as well as its distribution over the entire volume of the material, gives it not only low initial permeability, but also allows to maintain low permeability after three hours of exposure of the material in vacuum at 1800 ° C.
2. Осуществление капиллярной конденсации паров кремния при температурах ниже нижнего и выше верхнего из заявляемых пределов (примеры 6, 7) приводит к существенному увеличению проницаемости УККМ даже в изначальном (до выдержки в вакууме) состоянии.2. The implementation of capillary condensation of silicon vapors at temperatures below the lower and higher than the upper of the claimed limits (examples 6, 7) leads to a significant increase in the permeability of UKKM even in the initial (before exposure to vacuum) state.
3. Изготовление изделий в соответствии со способом-прототипом (примеры 8, 9) приводит к получению УККМ, в котором размер отдельных фрагментов свободного кремния находится в пределах сотен микрон. Следствием этого является то, что изначально сравнительно низкая (но более высокая, чем у заявляемого материала) проницаемость УККМ существенно увеличивается после его выдержки в вакууме при 1800°C, что обусловлено выпотеванием свободного кремния из крупных пор.3. The manufacture of products in accordance with the prototype method (examples 8, 9) results in a CCM in which the size of individual free silicon fragments is within hundreds of microns. The consequence of this is that initially the relatively low (but higher than that of the claimed material) permeability of UKKM significantly increases after it is held in vacuum at 1800 ° C, which is due to the sweating of free silicon from large pores.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014116509/03A RU2570073C1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Carbon-siliconcarbide composite material and method of production of hermetic products from it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014116509/03A RU2570073C1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Carbon-siliconcarbide composite material and method of production of hermetic products from it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2570073C1 true RU2570073C1 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54846412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014116509/03A RU2570073C1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Carbon-siliconcarbide composite material and method of production of hermetic products from it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2570073C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728740C1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-07-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of making articles from composite material with hardened reinforcing element and matrix (embodiments) |
| RU2816687C1 (en) * | 2023-07-07 | 2024-04-03 | Сергей Арсеньевич Кукушкин | Silicon carbide film functional element of device and method of its manufacturing |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6838162B1 (en) * | 1999-09-16 | 2005-01-04 | Sgl Technik Gmbh | Fiber-bundle-reinforced composite material having a ceramic matrix, method for manufacturing a composite material and method for manufacturing elements formed of a composite material |
| FR2907117A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-18 | Snecma Propulsion Solide Sa | PROCESS FOR MANUFACTURING A COMPOSITE MATERIAL PART WITH A CERAMIC MATRIX CONTAINING CRACKING MATRIX PHASES AND CRACKING DEVIATOR |
| RU2480433C2 (en) * | 2011-07-08 | 2013-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material |
| RU2486163C2 (en) * | 2011-08-05 | 2013-06-27 | Вячеслав Максимович Бушуев | Method of making articles from ceramic-matrix composite material |
| RU2490238C1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-08-20 | Вячеслав Максимович Бушуев | Method of manufacturing products from composite materials and device for its realisation |
-
2014
- 2014-04-23 RU RU2014116509/03A patent/RU2570073C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6838162B1 (en) * | 1999-09-16 | 2005-01-04 | Sgl Technik Gmbh | Fiber-bundle-reinforced composite material having a ceramic matrix, method for manufacturing a composite material and method for manufacturing elements formed of a composite material |
| FR2907117A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-18 | Snecma Propulsion Solide Sa | PROCESS FOR MANUFACTURING A COMPOSITE MATERIAL PART WITH A CERAMIC MATRIX CONTAINING CRACKING MATRIX PHASES AND CRACKING DEVIATOR |
| RU2480433C2 (en) * | 2011-07-08 | 2013-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material |
| RU2486163C2 (en) * | 2011-08-05 | 2013-06-27 | Вячеслав Максимович Бушуев | Method of making articles from ceramic-matrix composite material |
| RU2490238C1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-08-20 | Вячеслав Максимович Бушуев | Method of manufacturing products from composite materials and device for its realisation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728740C1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-07-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of making articles from composite material with hardened reinforcing element and matrix (embodiments) |
| RU2816687C1 (en) * | 2023-07-07 | 2024-04-03 | Сергей Арсеньевич Кукушкин | Silicon carbide film functional element of device and method of its manufacturing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bowen et al. | Macro-porous Ti2AlC MAX-phase ceramics by the foam replication method | |
| RU2458890C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| Norfolk et al. | Processing of mesocarbon microbeads to high-performance materials: Part I. Studies towards the sintering mechanism | |
| RU2480433C2 (en) | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material | |
| Sarhadi et al. | Fabrication of alumina porous scaffolds with aligned oriented pores for bone tissue engineering applications | |
| Luo et al. | Thermal expansion behaviors of unidirectional carbon/carbon composites from 800 to 2500° C | |
| RU2531503C1 (en) | Method of manufacturing products from composite material | |
| Kim et al. | Hierarchical structure of porous silicon nitride ceramics with aligned pore channels prepared by ice‐templating and nitridation of silicon powder | |
| RU2570073C1 (en) | Carbon-siliconcarbide composite material and method of production of hermetic products from it | |
| RU2458889C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2570068C1 (en) | Method for manufacturing articles of carbon-silicon carbide composite material with variable content of silicon carbide | |
| RU2559248C1 (en) | Method of manufacturing of tight items out of carbon-silicon carbide composite material | |
| US9321692B2 (en) | Rapid synthesis of silicon carbide-carbon composites | |
| RU2559245C1 (en) | Method of manufacturing products from ceramic-matrix composite material | |
| RU2568673C2 (en) | Production of articles from ceramic-matrix composites | |
| RU2568660C1 (en) | Method of making thin-wall articles from composite material with gradient properties on thickness | |
| RU2539465C2 (en) | Method for manufacturing products of reaction-sintered composite material | |
| RU2460707C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2470857C1 (en) | Method of making parts from carbon-carbide-silicon material | |
| RU2569385C1 (en) | Method of making articles from heat-resistant composite materials | |
| RU2497778C1 (en) | Method of producing articles from carbon-siliconcarbide material | |
| Pagano et al. | Freeze casting process for the generation of graded porosity in Al2O3 ceramics | |
| US8703027B2 (en) | Making carbon articles from coated particles | |
| Bock-Seefeld et al. | Fabrication of Carbon‐Bonded Alumina Filters by Additive‐Manufactured, Water‐Soluble Polyvinyl Alcohol Filter Templates and Alginate‐Based Slips | |
| RU2464250C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material |