RU2573495C1 - Method to manufacture products from ceramic matrix composite material - Google Patents
Method to manufacture products from ceramic matrix composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573495C1 RU2573495C1 RU2014129368/03A RU2014129368A RU2573495C1 RU 2573495 C1 RU2573495 C1 RU 2573495C1 RU 2014129368/03 A RU2014129368/03 A RU 2014129368/03A RU 2014129368 A RU2014129368 A RU 2014129368A RU 2573495 C1 RU2573495 C1 RU 2573495C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- silicon
- ceramic
- pores
- forming polymer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе углерода и карбида кремния и изделий из них, теплозащитного, конструкционного назначений, предназначенных для эксплуатации в условиях комплексных статических и динамических нагрузок при температурах до 2000°C в окислительной и абразивосодержащих средах (авиакосмическая техника и металлургия).The invention relates to the field of producing composite materials based on carbon and silicon carbide and products from them, heat-shielding, structural purposes, intended for use in complex static and dynamic loads at temperatures up to 2000 ° C in oxidizing and abrasive-containing environments (aerospace engineering and metallurgy) .
Известен способ изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала, включающий формирование каркаса из жаростойких волокон таких как углеродное, карбидокремниевое, и уплотнение его керамической матрицей путем многократной пропитки каркаса, а затем - пористой заготовки, керамообразующим полимером, являющимся прекурсором карбида и/или нитрида кремния, чередующейся с его отверждением и термообработкой [A.M. Цирлин. Непрерывные неорганические волокна для композиционных материалов. М., 1992 г.].A known method of manufacturing products from a ceramic composite material, including the formation of a frame of heat-resistant fibers such as carbon, silicon carbide, and sealing it with a ceramic matrix by repeatedly impregnating the frame, and then a porous preform, a ceramic-forming polymer, which is a precursor of silicon carbide and / or silicon nitride, alternating with its curing and heat treatment [AM Zirlin. Continuous inorganic fibers for composite materials. M., 1992].
Недостатком способа является большая длительность и затраты на изготовление изделий.The disadvantage of this method is the long duration and cost of manufacturing products.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала, включающий формирование каркаса из жаростойких волокон, таких как углеродное, карбидокремниевое, частичное уплотнение его углеродным матричным материалом, пропитку керамообразующим полимером, термообработку заготовки и ее силицирование [пат. RU №2351572, 2009 г.].The closest in technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing products from a ceramic composite material, including the formation of a skeleton of heat-resistant fibers, such as carbon, silicon carbide, partial sealing with carbon matrix material, impregnation with a ceramic-forming polymer, heat treatment of the workpiece and its silicification [US Pat. RU No. 2351572, 2009].
В соответствии с указанным способом в качестве керамообразующего полимера используют поликарбосилан, термообработку заготовки проводят при 800-1300°C, а силицирование осуществляют жидкофазным методом путем капиллярной пропитки расплавом кремния с последующей его карбидизацией при температуре 1900-2000°С. При этом операции термообработки и силицирования проводят в едином технологическом процессе.In accordance with this method, polycarbosilane is used as a ceramic-forming polymer, heat treatment of the preform is carried out at 800-1300 ° C, and siliconization is carried out by the liquid-phase method by capillary impregnation with a molten silicon followed by its carbidization at a temperature of 1900-2000 ° C. At the same time, the operations of heat treatment and silicification are carried out in a single technological process.
Способ позволяет уменьшить длительность и снизить затраты на изготовление изделий.The method allows to reduce the duration and reduce the cost of manufacturing products.
Недостатком способа является недостаточная работоспособность изделий в условиях нагрева до высоких температур (до 1900°С), механического нагружения в окислительной среде, что обусловлено недостаточно высоким содержанием в материале матрицы из SiC и/или Si3N4 и сравнительно большим содержанием свободного кремния.The disadvantage of this method is the insufficient performance of the products under conditions of heating to high temperatures (up to 1900 ° C), mechanical loading in an oxidizing environment, which is caused by the insufficiently high content of SiC and / or Si 3 N 4 matrix in the material and the relatively high content of free silicon.
Задачей изобретения является повышение работоспособности изделий в условиях нагрева до высоких температур (1900°С), механического нагружения в окислительной среде.The objective of the invention is to increase the efficiency of products under conditions of heating to high temperatures (1900 ° C), mechanical loading in an oxidizing environment.
Указанная задача решается за счет того, что в способе изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала, включающем формирование каркаса из жаростойких волокон, таких как углеродное, карбидокремниевое, частичное уплотнение его углеродным матричным материалом, пропитку керамообразующим полимером, термообработку заготовки и ее силицирование, в соответствии с заявляемым техническим решением термообработку заготовки проводят при конечной температуре 1300-1600°С, перед силицированием в порах материала заготовки формируют активный к кремнию углерод пористой структуры, например, путем пропитки коксообразующим полимером с последующей его карбонизацией или путем зауглероживания пор каталитическим углеродом, а силицирование полученной заготовки осуществляют паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки при температуре 1600-1800°С и охлаждения в парах кремния.This problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing products from a ceramic composite material, including the formation of a skeleton of heat-resistant fibers, such as carbon, silicon carbide, partial sealing with carbon matrix material, impregnation with a ceramic-forming polymer, heat treatment of the workpiece and its silicification, in accordance with by the claimed technical solution, the heat treatment of the preform is carried out at a final temperature of 1300-1600 ° C, before silicification in the pores of the preform material is formed silicon-active carbon of a porous structure, for example, by impregnation with a coke-forming polymer followed by its carbonization or by carbonization of pores with catalytic carbon, and the obtained workpiece is silicified by the vapor-liquid-phase method by heating, holding at a temperature of 1600-1800 ° С and cooling in silicon vapors.
В предпочтительном варианте выполнения способа перед введением в поры материала углерода осуществляют повторную пропитку керамообразующим полимером, являющимся прекурсором нитрида и/или карбида кремния, с последующим его отверждением и термообработкой при 1300-1600°C.In a preferred embodiment of the method, before the carbon material is introduced into the pores, they are re-impregnated with a ceramic-forming polymer, which is a precursor of silicon nitride and / or silicon carbide, followed by its curing and heat treatment at 1300-1600 ° C.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения способа в качестве керамообразующего полимера используют полисилазаны.In yet another preferred embodiment of the method, polysilazanes are used as the ceramic-forming polymer.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения способа по крайней мере на начальном этапе процесса силицирования введение кремния в поры материала осуществляют путем капиллярной конденсации паров кремния.In another preferred embodiment of the method, at least at the initial stage of the siliconization process, silicon is introduced into the pores of the material by capillary condensation of silicon vapor.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения способа выдержку перед охлаждением заготовки проводят при температуре 1600-1700°C в течение 1-3-х часов.In another preferred embodiment of the method, the exposure before cooling the workpiece is carried out at a temperature of 1600-1700 ° C for 1-3 hours.
Проведение термообработки пропитанной керамообразующим полимером заготовки при конечной температуре 1300-1600°C создает условия, необходимые для формирования в порах материала заготовки пористого углерода в как можно большем количестве.Carrying out heat treatment of a preform impregnated with a ceramic-forming polymer at a final temperature of 1300-1600 ° C creates the conditions necessary for the formation of porous carbon preform in the pores of the material in the largest possible amount.
При температуре ниже 1300°C не завершается процесс разложения предкерамических полимеров с удалением из них летучих продуктов, что ограничивает количество вводимого в поры материала пористого углерода.At temperatures below 1300 ° C, the decomposition of pre-ceramic polymers does not end with the removal of volatile products from them, which limits the amount of porous carbon introduced into the pores.
Нагрев до температуры выше 1600°C нецелесообразен, т.к. приводит к увеличению цикла и затрат на изготовление изделий.Heating to temperatures above 1600 ° C is impractical because leads to an increase in the cycle and cost of manufacturing products.
Формирование перед силицированием в порах материала заготовки активного к кремнию углерода пористой структуры, например, путем пропитки коксообразующим полимером с последующей его карбонизацией или путем зауглероживания пор каталитическим углеродом (имеющим, кстати, наноразмеры), создает предпосылки для наиболее полной карбидизации кремния на стадии силицирования заготовки даже при сравнительно низких температурах (1600-1700°C).The formation of a porous structure active to silicon in the pores of the material prior to silicon silicification, for example, by impregnation with a coke-forming polymer followed by its carbonization or by carbonization of the pores with catalytic carbon (which, by the way, has nanoscale sizes), creates the prerequisites for the most complete silicon carbidization at the stage of siliconizing the preform at relatively low temperatures (1600-1700 ° C).
Осуществление (в предпочтительном варианте выполнения способа) перед введением в поры материала заготовки повторной пропитки керамообразующим полимером, являющимся прекурсором нитрида и/или карбида кремния, с последующим его отверждением и термообработкой при 1300-1600°C позволяет увеличить содержание в КМ матрицы из карбида и/или нитрида кремния и уменьшить содержание в нем свободного кремния.The implementation (in a preferred embodiment of the method) before introducing re-impregnation into the pores of the material of the workpiece with a ceramic-forming polymer, which is a precursor of nitride and / or silicon carbide, followed by its curing and heat treatment at 1300-1600 ° C, allows to increase the content of carbide and / or silicon nitride and reduce the content of free silicon.
Использование при этом (в предпочтительном варианте выполнения способа) в качестве керамообразующего полимера полисилазанов позволяет уменьшить содержание в КМ свободного углерода за счет частичного (наряду с тем, что протекает при силицировании заготовки) перевода в SiC и/или SiCN в результате химического взаимодействия между углеродом (активной к кремнию, а также к его нитриду) и нитридом кремния.The use of polysilazanes as a ceramic-forming polymer in the preferred embodiment of the method allows reducing the content of free carbon in the CM due to the partial conversion (in addition to that occurring during the siliconization of the workpiece) to SiC and / or SiCN as a result of chemical interaction between carbon ( active to silicon, as well as its nitride) and silicon nitride.
Осуществление силицирования заготовки паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки при 1600-1800°C и охлаждения в парах кремния позволяет, как установлено нами экспериментально, произвести объемную пропитку жидким кремнием (в конкретном случае - конденсатом паров кремния), несмотря на наличие в материале перед его силицированием мелких пор, к тому же устланных или заполненных чрезвычайно активным к кремнию углеродом (коксом или наноуглеродом). В конечном итоге, осуществление силицирования заготовки паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки при 1600-1800°C и охлаждения в парах кремния в совокупности с тем, что в порах заготовки перед ее силицированием сформирован чрезвычайно активный к кремнию углерод пористой структуры, позволяет наиболее полно произвести карбидизацию углерода и кремния. Обусловлено это, видимо, порционной доставкой кремния в поры материала.Siliconization of the workpiece by the vapor-liquid-phase method by heating, holding at 1600–1800 ° C and cooling in silicon vapors allows, as we have experimentally established, to perform bulk impregnation with liquid silicon (in the particular case, silicon vapor condensate), despite the presence of by siliconizing small pores, which are also strewn or filled with extremely active carbon (silicon, coke or nanocarbon). Ultimately, the siliconization of a workpiece by the vapor-liquid-phase method by heating, holding at 1600–1800 ° C and cooling in silicon vapors, together with the extremely porous structure of silicon, which is extremely active against silicon, is formed in the pores of the workpiece before siliconizing it, which allows the most complete carbidize carbon and silicon. This is apparently due to the portioned delivery of silicon to the pores of the material.
Проведение выдержки заготовки при 1600-1800°C в течение 0,5-3 часов позволяет завершить карбидизацию углерода и кремния, введенных до нее в поры материала.Holding the workpiece at 1600-1800 ° C for 0.5-3 hours allows you to complete the carbidization of carbon and silicon introduced before it into the pores of the material.
При температуре ниже 1600°C и времени выдержки менее 3-х часов не завершается процесс карбидизации кремния и углерода.At temperatures below 1600 ° C and a holding time of less than 3 hours, the carbidization of silicon and carbon does not end.
Проведение выдержки при 1800°C в течение более 0,5 часов нецелесообразно, т.к. приводит к необоснованному удлинению процесса силицирования (экспериментальные исследования силицирования углеродсодержащих материалов, поры которых устланы или заполнены чрезвычайно активным к кремнию углеродом, свидетельствуют о гарантированно полном завершении карбидизации кремния и углерода после 0,5 часовой выдержки при 1800°C и часовой выдержки при 1700°C).Holding at 1800 ° C for more than 0.5 hours is impractical because leads to an unreasonable lengthening of the siliconization process (experimental studies of the siliconization of carbon-containing materials, the pores of which are covered or filled with extremely active carbon to silicon, indicate the complete completion of silicon and carbon carbidization after 0.5 hour exposure at 1800 ° C and an hour exposure at 1700 ° C )
В еще большей степени возможность еще более полной карбидизации кремния и углерода реализуется при осуществлении (в предпочтительном варианте выполнения способа) процедуры введения кремния в поры материала заготовки - по крайней мере на начальном этапе процесса силицирования - путем капиллярной конденсации паров кремния, т.к. в таком случае кремний входит в сколь угодно мелкие поры.To an even greater extent, the possibility of even more complete carbidization of silicon and carbon is realized by implementing (in a preferred embodiment of the method) the procedure for introducing silicon into the pores of the workpiece material - at least at the initial stage of the siliconization process - by capillary condensation of silicon vapor, since in this case, silicon enters into arbitrarily small pores.
Проведение (в предпочтительном варианте выполнения способа) выдержки перед охлаждением заготовки при температуре 1600-1700°C в течение 1-3-х часов позволяет ограничить отрицательное влияние кремния на армирующие волокна, чему способствуют также операция пропитки пористой углеродной заготовки керамообразующим полимером, в результате термолиза которого в порах материала образуется защитный слой карбида и/или нитрида кремния, а также происходит дополнительное уменьшение пор в материале заготовки (перед ее силицированием) и заполнение их активным к кремнию углеродом.Holding (in a preferred embodiment of the method) the exposure before cooling the preform at a temperature of 1600-1700 ° C for 1-3 hours allows you to limit the negative effect of silicon on the reinforcing fibers, which is also facilitated by the operation of impregnation of the porous carbon preform with a ceramic-forming polymer, as a result of thermolysis of which a protective layer of silicon carbide and / or silicon nitride is formed in the pores of the material, and also there is an additional reduction of pores in the workpiece material (before siliconizing) and their filling equivalent to silicon carbon.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность получить композиционный материал с высоким содержанием керамической матрицы, представляющей собой карбид кремния или смесь карбида и нитрида кремния при малом количестве и малом объеме свободного кремния в виде вкраплений в нитрид и/или карбид кремния и очень низкой степени деградации свойств армирующего наполнителя, что обеспечивает повышение уровня таких его свойств, как прочность, термо- и жаростойкость.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to obtain a composite material with a high content of ceramic matrix, which is silicon carbide or a mixture of silicon carbide and silicon nitride with a small amount and a small amount of free silicon in the form of inclusions in silicon nitride and / or and a very low degree of degradation of the properties of the reinforcing filler, which provides an increase in the level of its properties such as strength, heat and heat resistance.
Новое свойство позволяет повысить работоспособность изделий из керамоматричного композиционного материала при тепловом и механическом нагружении в окислительной среде.The new property allows to increase the performance of ceramic-composite products under thermal and mechanical loading in an oxidizing environment.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Одним из известных способов формируют каркас из жаростойких волокон таких как углеродное и карбидокремниевое. Затем каркас частично уплотняют углеродным матричным материалом. После этого полученную заготовку пропитывают керамообразующим полимером. Затем заготовку термообрабатывают при температуре 1300-1600°C. После этого в порах материала заготовки формируют активный к кремнию углерод пористой структуры, например, путем пропитки коксообразующим полимером с последующей его карбонизацией или путем зауглероживания пор каталитическим углеродом.One of the known methods is to form a framework of heat-resistant fibers such as carbon and silicon carbide. Then the frame is partially sealed with carbon matrix material. After that, the obtained preform is impregnated with a ceramic-forming polymer. Then the preform is heat treated at a temperature of 1300-1600 ° C. After that, porous structure-active carbon is formed in the pores of the workpiece material, for example, by impregnation with a coke-forming polymer followed by its carbonization or by carbonization of pores with catalytic carbon.
В предпочтительном варианте выполнения способа перед формированием в порах материала заготовки углерода осуществляют повторную пропитку заготовки керамообразующим полимером, являющимся прекурсором нитрида и/или карбида кремния, с последующим его отверждением и термообработкой при 1300-1600°C.In a preferred embodiment of the method, before the carbon blank is formed in the pores of the material, the blank is re-impregnated with a ceramic-forming polymer, which is a precursor of silicon nitride and / or carbide, followed by its curing and heat treatment at 1300-1600 ° C.
При этом в предпочтительном варианте выполнения способа в качестве керамообразующего полимера используют полисилазаны.Moreover, in a preferred embodiment of the method, polysilazanes are used as a ceramic-forming polymer.
После формирования в порах материала заготовки активного к кремнию углерода пористой структуры проводят силицирование. Силицирование осуществляют паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки при температуре 1600-1800°C в течение 0,5-3 часов и охлаждения в парах кремния.After the porous structure of the carbon active carbon is formed in the pores of the material, siliconizing is carried out. Siliconization is carried out by the vapor-liquid phase method by heating, holding at a temperature of 1600-1800 ° C for 0.5-3 hours and cooling in silicon vapor.
В предпочтительном варианте выполнения способа по крайней мере на начальном этапе процесса силицирования введение кремния в поры материала заготовки осуществляют путем капиллярной конденсации его паров.In a preferred embodiment of the method, at least at the initial stage of the siliconization process, silicon is introduced into the pores of the workpiece material by capillary condensation of its vapor.
Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа. Во всех примерах изготавливали из КМ изделие в форме пластины размерами 120×150×4 мм.The following are examples of specific implementation of the method. In all examples, a product in the form of a plate with dimensions of 120 × 150 × 4 mm was made from KM.
Пример 1Example 1
Из углеродной ткани марки УТ-900 сформировали каркас ткане-прошивной структуры. Затем произвели частичное уплотнение его углеродным матричным материалом, в конкретном случае путем пропитки каркаса коксообразующим связующим (в качестве которого использовали фенолформальдегидное связующее марки БЖ-3), формирования углепластиковой заготовки и ее карбонизации при конечной температуре 850°C.The UT-900 brand carbon fabric formed a skeleton of a fabric-piercing structure. Then, it was partially densified with carbon matrix material, in a particular case, by impregnating the framework with a coke-forming binder (which was used as the phenol-formaldehyde binder of the BZh-3 grade), forming a carbon-plastic preform and its carbonization at a final temperature of 850 ° C.
После этого заготовку из карбонизованного углепластика пропитали керамообразующим полимером, в качестве которого использовали полиметилкарбосилан, а точнее: его раствор в толуоле вязкостью 30 сек.After that, the carbonized carbon fiber preform was impregnated with a ceramic-forming polymer, which was used as polymethylcarbosilane, or rather, its solution in toluene with a viscosity of 30 sec.
Отверждение полимера произвели при температуре 300°C. Затем заготовку термообработали при конечной температуре 1300°C в среде аргона при атмосферном давлении.The curing of the polymer was carried out at a temperature of 300 ° C. Then the preform was heat-treated at a final temperature of 1300 ° C in argon at atmospheric pressure.
После этого (перед проведением операции силицирования) в порах материала заготовки сформировали активный к кремнию углерод пористой структуры, в конкретном случае путем пропитки коксообразующим полимером, а точнее: смесью фурфурола с резорцином, при поликонденсации которых в порах материала образуется резорцинфурфурольная смола, с последующими операциями отверждения и карбонизации полимера. После этого осуществили силицирование полученной заготовки паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки при 1750-1800°C в течение 0,5 часов и охлаждения в парах кремния.After that (before the siliconization operation), a porous structure-active carbon was formed in the pores of the material of the silicon, in the particular case by impregnation with a coke-forming polymer, or rather, with a mixture of furfural with resorcinol, during polycondensation of which a resorcin-furfural resin is formed in the pores of the material, followed by curing operations and polymer carbonization. After that, the obtained preform was silicified by the vapor-liquid-phase method by heating, holding at 1750-1800 ° C for 0.5 hours and cooling in silicon vapors.
Основные свойства керамоматричного композиционного материала, в том числе на переделах его изготовления, приведены в табл. 1.The main properties of the ceramic composite material, including at the stages of its manufacture, are given in table. one.
Пример 2Example 2
Изделие изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что формирование в порах материала заготовки (перед ее силицированием) активного к кремнию углерода пористой структуры осуществили путем зауглероживания пор каталитическим углеродом. Для этого заготовку пропитали водным раствором катализатора (в качестве которого использовали Ni(NO3)2), после чего произвели нагрев и выдержку в среде метана при 800°C в течение 12 часов.The product was manufactured analogously to example 1 with the significant difference that the formation of a porous structure active to silicon in the pores of the preform material (before siliconizing it) was carried out by carbonization of the pores with catalytic carbon. For this, the preform was impregnated with an aqueous catalyst solution (which was used as Ni (NO 3 ) 2 ), after which it was heated and held in methane at 800 ° C for 12 hours.
Пример 3Example 3
Изделие изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что перед формированием в порах материала заготовки углерода (проводимом перед силицированием заготовки) осуществили повторную пропитку заготовки керамообразующим полимером, в конкретном случае полиметилсилазаном, а точнее: раствором его в толуоле вязкостью 20 сек, после чего провели его отверждение при 300°C и термообработку при конечной температуре 1300°C.The product was made analogously to example 1 with the significant difference that before the formation of the carbon preform in the pores (carried out before the preform was siliconized), the preform was impregnated with a ceramic-forming polymer, in particular polymethylsilazane, or rather, with a solution of it in toluene with a viscosity of 20 sec, after which curing at 300 ° C and heat treatment at a final temperature of 1300 ° C.
Пример 4Example 4
Изделие изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в качестве керамообразующего полимера при пропитке им частично уплотненного углеродным матричным материалом каркаса использовали полисилазан, в конкретном случае - раствор полиметилсилазана в толуоле вязкостью 80 сек.The product was manufactured analogously to example 1 with the significant difference that polysilazane was used as a ceramic-forming polymer when it was impregnated with a partially densified carbon matrix material, in the particular case, a solution of polymethylsilazane in toluene with a viscosity of 80 sec.
Пример 5Example 5
Изделие изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что на начальном этапе процесса силицирования введение кремния в поры материала осуществляли путем капиллярной конденсации паров кремния. Для этого в интервале температур 1300-1600°C (на заготовке) придавали парам кремния большую (на 10-70°C) температуру. Это обеспечивало возможность заполнения кремнием ультратонких пор. По окончании выдержки при 1600°C произвели нагрев и выдержку при 1750-1800°C в отсутствии указанного перепада температур.The product was made analogously to example 1 with the significant difference that at the initial stage of the siliconization process, the introduction of silicon into the pores of the material was carried out by capillary condensation of silicon vapor. For this, in the temperature range 1300-1600 ° C (on the workpiece), silicon vapors were given a higher temperature (10-70 ° C). This made it possible to fill ultrafine pores with silicon. At the end of the exposure at 1600 ° C, heating and exposure were carried out at 1750-1800 ° C in the absence of the indicated temperature difference.
Пример 6Example 6
Изделие изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в качестве жаростойких волокон использовали карбидокремниевые волокна марки "Никалон", а точнее: ткань из указанных волокон.The product was made analogously to example 1 with the significant difference that the carbide-silicon fibers of the brand "Nikalon" were used as heat-resistant fibers, and more precisely: a fabric of these fibers.
В процессе частичного уплотнения каркаса углеродным матричным материалом на переделах изготовления керамоматричного КМ были вначале получены: пластиковая заготовка, затем заготовка из карбонизованного пластика на основе карбидокремниевых волокон.In the process of partial compaction of the frame with carbon matrix material at the stages of manufacturing ceramic ceramics, the following were first obtained: a plastic billet, then a carbonized plastic billet based on silicon carbide fibers.
Основные свойства керамоматричного КМ на основе карбидокремниевых волокон, в том числе на переделах его изготовления, приведены в таблице.The main properties of ceramic ceramics based on silicon carbide fibers, including at the stages of its manufacture, are given in the table.
Остальные примеры конкретного выполнения способа, а также вышерассмотренные, но в более кратком изложении, приведены в таблице, где примеры 1-11 соответствуют заявляемым пределам; при этом примеры 3-5, 9, 10 соответствуют параметрам предпочтительных вариантов способа, а пример 10 - с отклонениями от них.The remaining examples of the specific implementation of the method, as well as the above, but in a shorter summary, are given in the table, where examples 1-11 correspond to the claimed limits; while examples 3-5, 9, 10 correspond to the parameters of the preferred variants of the method, and example 10 with deviations from them.
Здесь же приведены примеры 12, 13 с отклонением, от заявляемых пределов по конечной температуре термообработки заготовки, а также пример 14 изготовления изделия в соответствии со способом-прототипом.Here are examples 12, 13 with a deviation from the claimed limits on the final temperature of the heat treatment of the workpiece, as well as example 14 of the manufacture of the product in accordance with the prototype method.
Как видно из таблицы, изготовление изделий из КМ предлагаемым способом (примеры 1-11) позволяет в сравнении с прототипом (пример 14) получить КМ с существенно меньшим содержанием в нем свободного кремния и большей прочности, в частности, благодаря меньшей деградации армирующих волокон, а именно: меньшей степени карбидизации углеродных волокон и меньшей степени растворения в жидком кремнии карбидокремниевых волокон.As can be seen from the table, the manufacture of products from KM by the proposed method (examples 1-11) allows, in comparison with the prototype (example 14), to obtain KM with a significantly lower content of free silicon and greater strength, in particular, due to less degradation of the reinforcing fibers, and namely: a lesser degree of carbidization of carbon fibers and a lesser degree of dissolution in liquid silicon of silicon carbide fibers.
При этом изготовление изделий в соответствии с предпочтительными вариантами выполнения способа позволяет улучшить то или иное свойство КМ в сравнении с базовым вариантом (базовым вариантом является вариант изготовления в соответствии с п. 1 формулы изобретения).Moreover, the manufacture of products in accordance with preferred embodiments of the method allows to improve one or another property of KM in comparison with the basic version (the basic option is the manufacturing option in accordance with paragraph 1 of the claims).
Так, осуществление повторной пропитки заготовки керамообразующим полимером (пример 3) позволяет повысить прочностные характеристики КМ благодаря уменьшению степени карбидизации углеродных волокон (сравни пример 3 с примером 1).So, the implementation of re-impregnation of the workpiece with a ceramic-forming polymer (example 3) can improve the strength characteristics of CM due to a decrease in the degree of carbidization of carbon fibers (compare example 3 with example 1).
Так, использование в качестве керамообразующего полимера полиметилсилазана (пример 4) позволяет повысить содержание керамической матрицы, снизить содержание свободного кремния, а также повысить прочностные характеристики (сравни пример 4 с примерами 1 и 2).So, the use of polymethylsilazane as a ceramic-forming polymer (example 4) allows to increase the content of the ceramic matrix, reduce the content of free silicon, and also increase the strength characteristics (compare example 4 with examples 1 and 2).
Так, осуществление процедуры введения кремния в поры материала на начальном этапе процесса силицирования путем капиллярной конденсации паров кремния (пример 5) позволяет увеличить содержание в КМ керамической матрицы, практически не повышая содержания свободного кремния (сравни пример 5 с примерами 1 и 2).So, the implementation of the procedure of introducing silicon into the pores of the material at the initial stage of the siliconization process by capillary condensation of silicon vapor (example 5) allows you to increase the content of ceramic matrix in CM, practically without increasing the free silicon content (compare example 5 with examples 1 and 2).
Так, проведение выдержки перед окончательным охлаждением заготовки при температуре 1600°C в течение 3-х часов или 1700°C в течение 1 часа (примеры 9, 10) позволяет повысить прочностные характеристики КМ (сравни примеры 9, 10 с примерами 1, 2), что обусловлено дисперсным упрочнением SiC-матрицы частицами SiC, образующимися из поликарбосилана, рост размера которых тормозится при снижении температуры и времени выдержки.So, holding before the final cooling of the workpiece at a temperature of 1600 ° C for 3 hours or 1700 ° C for 1 hour (examples 9, 10) allows you to increase the strength characteristics of CM (compare examples 9, 10 with examples 1, 2) , which is due to the dispersion hardening of the SiC matrix by SiC particles formed from polycarbosilane, whose size growth is inhibited by a decrease in temperature and exposure time.
Однако проведение выдержки в процессе силицирования при 1500°C (пример 11), хотя и приводит к увеличению прочностных характеристик, не всегда желательно, т.к. приводит к существенному увеличению содержания свободного кремния (сравни пример 11 с примерами 1 и 2).However, holding in the silicification process at 1500 ° C (Example 11), although it leads to an increase in strength characteristics, is not always desirable, because leads to a significant increase in the content of free silicon (compare example 11 with examples 1 and 2).
К еще более нежелательным последствиям приводит отклонение от заявляемых пределов.Deviations from the claimed limits lead to even more undesirable consequences.
Так, проведение высокотемпературной обработки пластиковой заготовки на основе керамообразующего полимера при температуре ниже 1300°C (примеры 12, 13) приводит к увеличению содержания свободного кремния и снижению уровня прочностных характеристик КМ (сравни примеры 12, 13 с примерами 1 и 2).Thus, the high-temperature processing of a plastic preform based on a ceramic-forming polymer at a temperature below 1300 ° C (examples 12, 13) leads to an increase in the content of free silicon and a decrease in the strength characteristics of CMs (compare examples 12, 13 with examples 1 and 2).
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014129368/03A RU2573495C1 (en) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | Method to manufacture products from ceramic matrix composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014129368/03A RU2573495C1 (en) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | Method to manufacture products from ceramic matrix composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2573495C1 true RU2573495C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014129368/03A RU2573495C1 (en) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | Method to manufacture products from ceramic matrix composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2573495C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2665002C1 (en) * | 2017-05-19 | 2018-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Composition for thermal-resistant heat-insulating material of reduced density |
| RU2687672C1 (en) * | 2018-07-03 | 2019-05-15 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of making articles from ceramic-matrix composite material |
| RU2692765C1 (en) * | 2017-05-15 | 2019-06-27 | Кабусики Кайся Тосиба | Silicon carbide element reinforced with continuous fibers, method of its production and structural element of nuclear reactor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2351572C2 (en) * | 2006-11-08 | 2009-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method for manufacture of products from carbon-ceramic composite material |
| RU2370436C2 (en) * | 2007-01-24 | 2009-10-20 | Михаил Андреевич Павлов | Method of making objects from carbon-containing composite material |
| RU2458889C1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-08-20 | Бушуев Вячеслав Максимович | Method of making 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 |
-
2014
- 2014-07-16 RU RU2014129368/03A patent/RU2573495C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2351572C2 (en) * | 2006-11-08 | 2009-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Method for manufacture of products from carbon-ceramic composite material |
| RU2370436C2 (en) * | 2007-01-24 | 2009-10-20 | Михаил Андреевич Павлов | Method of making objects from carbon-containing composite material |
| RU2458889C1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-08-20 | Бушуев Вячеслав Максимович | Method of making 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 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2692765C1 (en) * | 2017-05-15 | 2019-06-27 | Кабусики Кайся Тосиба | Silicon carbide element reinforced with continuous fibers, method of its production and structural element of nuclear reactor |
| RU2665002C1 (en) * | 2017-05-19 | 2018-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Composition for thermal-resistant heat-insulating material of reduced density |
| RU2687672C1 (en) * | 2018-07-03 | 2019-05-15 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of making articles from ceramic-matrix composite material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2728429C1 (en) | Method of making articles from composite c/c-sic material and products based thereon | |
| CN101863665B (en) | Method for preparing self-healing anti-oxidation functional fiber reinforced ceramic matrix composite material | |
| JP5410288B2 (en) | Manufacturing method of thermostructural composite material parts | |
| CN104311090B (en) | A kind of hot pressed sintering/presoma cracking process prepares the method for Cf/ZrC-SiC ultrahigh temperature ceramic composite | |
| JP2016519645A (en) | Method for producing a composite material using a carbide matrix | |
| RU2458890C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2480433C2 (en) | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2573495C1 (en) | Method to manufacture products from ceramic matrix composite material | |
| CN108129156A (en) | A kind of carbon ceramic composite material and its precursor impregnation preparation method | |
| RU2531503C1 (en) | Method of manufacturing products from composite material | |
| CN103319194A (en) | Preparation method of high-strength anti-contact-damage porous SiC | |
| RU2570075C1 (en) | Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material | |
| RU2559245C1 (en) | Method of manufacturing products from ceramic-matrix composite material | |
| RU2415109C1 (en) | Nanostructured ceramic matrix composite material and method of producing said material | |
| RU2568673C2 (en) | Production of articles from ceramic-matrix composites | |
| KR100689636B1 (en) | Method for manufacturing carbon fiber reinforced silicon carbide composite by metal silicon melt penetration process | |
| RU2684538C1 (en) | Carbon-ceramic fiber-reinforced composite material and method for its obtaining | |
| RU2460707C1 (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 | |
| RU2569385C1 (en) | Method of making articles from heat-resistant composite materials | |
| RU2470857C1 (en) | Method of making parts from carbon-carbide-silicon material | |
| KR102015279B1 (en) | Fabrication Method of Carbon Composite having Improved Mechanical Properties | |
| RU2558053C1 (en) | Method of making articles from ceramic-matrix composite material | |
| RU2568660C1 (en) | Method of making thin-wall articles from composite material with gradient properties on thickness | |
| RU2552545C2 (en) | Method of producing sealed articles from heat resistant composites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200717 |