RU2718682C2 - Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния - Google Patents
Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718682C2 RU2718682C2 RU2018132426A RU2018132426A RU2718682C2 RU 2718682 C2 RU2718682 C2 RU 2718682C2 RU 2018132426 A RU2018132426 A RU 2018132426A RU 2018132426 A RU2018132426 A RU 2018132426A RU 2718682 C2 RU2718682 C2 RU 2718682C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon carbide
- mpa
- sintering
- reinforced
- preform
- Prior art date
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 5
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000003826 uniaxial pressing Methods 0.000 claims abstract 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 15
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000011363 dried mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 abstract description 2
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 abstract 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QZOVMCPHIQVUGV-UHFFFAOYSA-N [Si].[C].[Si] Chemical compound [Si].[C].[Si] QZOVMCPHIQVUGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000005475 siliconizing Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/575—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by pressure sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/62227—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres
- C04B35/62272—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres based on non-oxide ceramics
- C04B35/62277—Fibres based on carbides
- C04B35/62281—Fibres based on carbides based on silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/6261—Milling
- C04B35/62615—High energy or reactive ball milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
- C04B35/634—Polymers
- C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B35/63444—Nitrogen-containing polymers, e.g. polyacrylamides, polyacrylonitriles, polyvinylpyrrolidone [PVP], polyethylenimine [PEI]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/645—Pressure sintering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения керамического композита из карбида кремния, упрочненного волокном из карбида кремния, который может быть использован для работы в кислых и агрессивных средах, в условиях высоких температур и длительного механического воздействия. Способ получения керамики включает перемешивание порошка карбида кремния, содержащего спекающую добавку в виде оксидов алюминия и иттрия, с волокнами карбида кремния, полученными методом силицирования. В высушенную смесь добавляют 3 мас.% 10%-ного раствора поливинилпирролидона, формуют заготовки холодным одноосным двухсторонним прессованием с последующим спеканием методом горячего прессования при температуре 1850оС с максимальным удельным давлением 30 МПа. Способ позволяет получать плотноспеченные керамические материалы, обладающие прочностью до 524 МПа, с трещиностойкостью КIС=6,1 МПа⋅м1/2. 2 пр., 1 табл., 2 ил.
Description
Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированной волокнами карбида кремния.
Изобретение относится к способу получения керамических композитов - композит из карбида кремния, упрочненный волокном карбида кремния, обладающий совокупностью физико-механических свойств, таких как высокая прочность и твердость, низкий коэффициент термического расширения и износостойкость. Данный вид керамики предназначен для работы в кислых и агрессивных средах, в условиях высоких температур и длительного механического воздействия. Изобретение относится к способу получения карбидкремниевой керамики, армированной тугоплавким наполнителем.
Способ изготовления композита на основе карбидкреминевой керамики, армированной волокнами карбида кремния, включает в себя смешение компонентов - тонкодисперсного порошка карбида кремния марки Saint Gobain, содержащего в качестве спекающей добавки оксиды алюминия и иттрия, которые на стадии спекания образуют алюмо-иттриевый гранат, и волокон карбида кремния. Техническая привлекательность волокон SiC обусловлена тем, что в них удачно сочетается ряд важных эксплуатационных характеристик, таких как высокая температура плавления, химическая стойкость, высокая прочность и модуль упругости. Введение волокон карбида кремния армируют структуру материала, повышая показатель прочности при изгибе.
Изобретение относится к технологии получения изделий на основе карбидкремниевой керамики, армированной волокнами карбида кремния.
Карбид кремния является перспективным материалом, обладающим совокупностью свойств, позволяющих широко использовать его в качестве электроизоляционных и радиотехнических изделий, магнитопроницаемой керамики, броневой керамики, режущего инструмента, а также, подшипников скольжения и качения. За последнее десятилетие в России проведены исследования по разработке композиционных материалов на основе углерода, карбида и нитрида кремния, в которых вышеперечисленные соединения могут являться как матрицей, так и армирующим наполнителем в виде непрерывных или дискретных волокон, усов.
Известен патент RU №2058964 опубликованный 27.04.1996 С04В 035/52, С04В 035/80, «Способ получения композиционного материала на основе углеродного волокна и карбида кремния», где описывается способ получения композиционного материала на основе углеродного волокна и карбида кремния с различным содержанием этих составляющих по толщине материала. Углеродную заготовку для последующего силицирования изготавливают из двух слоев: основной слой содержит углеродные волокна с пониженной реакционной способностью к кремнию, а поверхностный слой - с предельно высокой. Заготовка может быть выполнена путем подбора углеродного волокна с различной плотностью или изготовлением поверхностного слоя заготовки из углеродного волокна с барьерным покрытием из пироуглерода и/или карбида кремния, и/или нитрида кремния. Поры не могут быть полностью заполнены карбидом кремния и либо заполняются свободным кремнием, что приводит к излишнему охрупчиванию и снижению термостойкости материала, либо остаются недозаполненными (при удалении свободного кремния при температурах более 1850°С), что делает рабочую поверхность проницаемой для окислителя, который проникает к несущим слоям материала изделия. К тому же, в случае использования в защитных слоях материала химически активного к кремнию наполнителя, резко снижаются прочностные характеристики материала (прочность, износостойкость) из-за деградации свойств армирующего наполнителя.
В патенте RU №2084425, опубликованного 20.07.1997, С04В 035/52, С04В 035/83, С04В 035/56, «Способ получения изделий из углерод-карбидокремниевого композиционного материала и углеродкарбидокремниевый композиционный материал», описывается получение изделий из углеродкарбидокремниевого композиционного материала, включает изготовление углепластиковых заготовок на основе углеродного волокна и термореактивного связующего, ее термообработку до образования коксовой матрицы, армированной углеродным волокном, насыщение заготовки пироуглеродом и силицирование. Узкий интервал рабочих температур существенно ограничивает область применения материала.
Наиболее близким является способ получения композита, описанный в патенте RU №2176628, опубл. 10.12.2001 С04В 041/88, С04В 035/80, С04В 035/573 «Композит (варианты) и способ его приготовления, способ обработки волоконной заготовки (варианты)». Способ приготовления композита включает в себя следующие операции: использование волоконной заготовки с волокнами, содержащими карбид кремния, инфильтрацию волоконной заготовки суспензией, содержащей от 97 до 99,9 вес. % кремния и от 0,1 до 3 вес. % добавленного углерода, и пропитку заготовки содержащим кремний расплавленным сплавом при температуре от 1410°С до 1450°С. Предложенный способ обработки волоконной заготовки включает в себя следующие операции: использование заготовки, которая имеет от 20 до 80 об. % покрытого волокна, причем волокно содержит карбид кремния, и от 20 до 80 об. % пористости, посредствам пропитки, которая содержит керамические частицы, происходит заполнение пор заготовки, что в последствии снижает пористость, и нанесение керамических частиц на внешнюю поверхность заготовки для образования монолитного слоя их на поверхности заготовки. Другими вариантами способа обработки волоконной заготовки являются способ, включающий использование волоконной заготовки, содержащей карбид кремния, пропитку заготовки суспензией, которая содержит двухфракционную смесь частиц карбида кремния, и инфильтрацию заготовки матричным сплавом, содержащим кремний, а также способ, включающий использование волоконной заготовки, содержащей неоксидное керамическое волокно, имеющее по меньшей мере одно покрытие, причем указанное покрытие содержит элемент, выбранный из группы, образованной углеродом, азотом, алюминием и титаном, при этом волокно имеет температуру деструкции в диапазоне от 1410°С до 1450°С, пропитка указанной заготовки суспензией, содержащей частицы карбида кремния и от 0,1 до 3 вес. % углерода, приготовление покровной смеси, которая включает в себя сплав, содержащий металлический пропитывающий материал, указанный элемент, который имеется в составе покрытия, и полимер, нанесение покровной смеси по меньшей мере на один из участков поверхности, пропитанной на стадии б) заготовки, нагревание покровной смеси до температуры в диапазоне от 1410°С до 1450°С для расплавления сплава, и инфильтрация волокнистой заготовки расплавленным сплавом в течение промежутка времени от 15 до 240 мин для получения упрочненного керамическим волокном керамического композита. Недостатками методов является пористость (10-20%) и относительно низкую прочность на разрыв порядка 140-200 МПа.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение прочностных характеристик посредством армирования волокнами карбида кремния, что поспособствует расширению области применения и увеличению срока службы конечного изделия.
Технический результат заключается в увеличении прочностных характеристик с помощью армирования материала волокнами карбида кремния.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления керамики на основе карбида кремния включает в себя смешение порошка карбида кремния со спекающей добавкой и с волокнами SiC в среде изопропанола в планетарной мельнице. Сушку полученной смеси, добавление 3 мас.% 10-% водного раствора поливинилпирролидона. Формование заготовок и спекание в среде аргона согласно изобретению. Формование заготовок проводят холодным одноосным двусторонним прессованием в стальной пресс-форме при давлении 100 МПа. Последующее спекание проводят методом горячего прессования в графитовой пресс-форме при температуре 1850°С с максимальным удельным давлением 30 МПа.
Введение в керамику армирующих волокон положительно влияет на повышение комплекса ее базовых свойств, в том числе прочности. Это связанно, во-первых, с уровнем физико-механических свойств современных волокнистых армирующих наполнителей, а также с реализацией более сложного, в сравнении с монолитной керамикой, механизма разрушения керамоматричного композита, что особенно касается ударных нагрузок.
Отличие от прототипа состоит в том, что на стадии смешивания используются готовые волокна карбида кремния, полученные методом силицирования. Спекание производится методом горячего прессования, что позволяет снизить значение пористости изделия.
Изделия из предложенного керамического материала получают следующим образом.
В качестве исходного материала использовали промышленный гранулированный порошок карбида кремния марки Saint Gobain Sika Densitec-L дисперсностью до 1 мкм (рисунок 1). Порошок карбида кремния со спекающей добавкой и волокна карбида кремния (рисунок 2), взятые в необходимых количествах, смешивают в планетарной мельнице в течение 30-60 мин в среде спирта. Высушенную смесь протирают через сито и прессуют методом двухстороннего прессования в металлической пресс-форме с приложением давления 100 МПа. Полученные сырцы подвергают горячему прессованию в графитовой пресс-форме при 1850°С в течение 1 ч в защитной среде аргона, давление прессования 30 МПа. В таблице №1 представлены свойства полученных керамических материалов на основе карбида кремния с разным содержанием волокон карбида кремния.
Пример 1. Готовят шихту следующего состава: карбид кремния со спекающей добавкой - 97 мас. %; волокна карбида кремния - 3 мас. %.
Смешение компонентов проводят в планетарной мельнице в течение 60 мин. В качестве мелящих тел используют шары из диоксида циркония диаметром 5 мм. Высушенную смесь протирают через сито 063, отвешивают необходимое количество шихты, вводят в шихту 3 мас. % 10-% водного раствора поливинилпирролидона и проводят предварительное двухстороннее прессование в металлической пресс-форме. Полученный сырец подвергается горячему прессованию в графитовой пресс-форме при 1850°С в течение 1 ч в среде аргона. Полученный керамический материал имеет прочность при изгибе при комнатной температуре 455 МПа, плотность 3,18 г/см3.
Пример 2. Готовят шихту следующего состава: карбид кремния со спекающей добавкой - 95 мас. %; волокна карбида кремния - 5 мас. %.
Смешение компонентов проводят в планетарной мельнице в течение 60 мин. В качестве мелящих тел используют шары из диоксида циркония диаметром 5 мм. Высушенную смесь протирают через сито 063, отвешивают необходимое количество шихты, вводят в шихту 3 мас. % 10% водного раствора поливинилпирролидона и проводят предварительное двухстороннее прессование в металлической пресс-форме. Полученный сырец подвергается горячему прессованию в графитовой пресс-форме при 1850°С в течение 1 ч в среде аргона. Полученный керамический материал имеет прочность при изгибе при комнатной температуре 471 МПа, плотность 3,19 г/см3.
Claims (1)
- Способ изготовления керамики из карбида кремния, армированной волокнами карбида кремния, включающий смешение порошка карбида кремния со спекающей добавкой и с волокнами карбида кремния в среде изопропанола в планетарной мельнице, сушку полученной смеси, добавление 3 мас.% 10% водного раствора поливинилпирролидона, формование заготовок и спекание в среде аргона, отличающийся тем, что в качестве армирующего компонента используют волокна карбида кремния, полученные методом силицирования, формование заготовок проводят предварительным холодным одноосным двусторонним прессованием в стальной пресс-форме при давлении 100 МПа, последующее спекание проводят методом горячего прессования в графитовой пресс-форме при температуре 1850°C с максимальным удельным давлением 30 МПа.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018132426A RU2718682C2 (ru) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018132426A RU2718682C2 (ru) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018132426A3 RU2018132426A3 (ru) | 2020-03-12 |
| RU2018132426A RU2018132426A (ru) | 2020-03-12 |
| RU2718682C2 true RU2718682C2 (ru) | 2020-04-13 |
Family
ID=69898908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018132426A RU2718682C2 (ru) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2718682C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749387C1 (ru) * | 2020-10-16 | 2021-06-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения композиционного материала с керамической матрицей и послойной укладкой армирующего компонента в виде ткани карбида кремния |
| WO2021242509A1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | Unm Rainforest Innovations | Two-dimensional silicon carbide materials and fabrication methods thereof |
| RU2795405C1 (ru) * | 2022-04-08 | 2023-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ" | Способ получения армированного композиционного материала на основе карбида кремния |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117802361B (zh) * | 2023-12-29 | 2024-07-23 | 浙江吉成新材股份有限公司 | 一种陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法 |
| CN118812208B (zh) * | 2024-06-27 | 2025-11-25 | 中国建筑第六工程局有限公司 | 一种绿色高耐久海工混凝土及其制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU665793A3 (ru) * | 1975-10-27 | 1979-05-30 | Дзе Рисерч Институт Фор Айрон, Стил Энд Азер Металз Оф Дзе Тохоку Юниверсити, (Фирма) | Способ получени композиционного материала |
| WO1995003370A1 (en) * | 1993-07-22 | 1995-02-02 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Silicon carbide grain |
| US6217997B1 (en) * | 1994-09-12 | 2001-04-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic fiber reinforced ceramic matrix composite material and method of producing the same |
| WO2001034535A1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-05-17 | Frenton Limited | Method to obtain a refractory composite material based on carbide |
| EP0861219B1 (en) * | 1995-11-13 | 2002-03-27 | Kennametal Inc. | Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof |
| RU2402507C2 (ru) * | 2008-06-24 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" | Керамический материал и способ его изготовления |
| CN103449818A (zh) * | 2013-08-06 | 2013-12-18 | 西安科技大学 | 一种碳纤维/碳化硅梯度层状复合材料的制备方法 |
| CN105967712A (zh) * | 2016-05-01 | 2016-09-28 | 上海大学 | 碳纤维增强碳化硅（Csf/C-SiC）复合材料的制备方法 |
-
2018
- 2018-09-12 RU RU2018132426A patent/RU2718682C2/ru active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU665793A3 (ru) * | 1975-10-27 | 1979-05-30 | Дзе Рисерч Институт Фор Айрон, Стил Энд Азер Металз Оф Дзе Тохоку Юниверсити, (Фирма) | Способ получени композиционного материала |
| WO1995003370A1 (en) * | 1993-07-22 | 1995-02-02 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Silicon carbide grain |
| US6217997B1 (en) * | 1994-09-12 | 2001-04-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic fiber reinforced ceramic matrix composite material and method of producing the same |
| EP0861219B1 (en) * | 1995-11-13 | 2002-03-27 | Kennametal Inc. | Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof |
| WO2001034535A1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-05-17 | Frenton Limited | Method to obtain a refractory composite material based on carbide |
| RU2402507C2 (ru) * | 2008-06-24 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" | Керамический материал и способ его изготовления |
| CN103449818A (zh) * | 2013-08-06 | 2013-12-18 | 西安科技大学 | 一种碳纤维/碳化硅梯度层状复合材料的制备方法 |
| CN105967712A (zh) * | 2016-05-01 | 2016-09-28 | 上海大学 | 碳纤维增强碳化硅（Csf/C-SiC）复合材料的制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021242509A1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | Unm Rainforest Innovations | Two-dimensional silicon carbide materials and fabrication methods thereof |
| RU2749387C1 (ru) * | 2020-10-16 | 2021-06-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения композиционного материала с керамической матрицей и послойной укладкой армирующего компонента в виде ткани карбида кремния |
| RU2795405C1 (ru) * | 2022-04-08 | 2023-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ" | Способ получения армированного композиционного материала на основе карбида кремния |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018132426A3 (ru) | 2020-03-12 |
| RU2018132426A (ru) | 2020-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5394475B2 (ja) | 炭化ホウ素複合材料 | |
| JP4261130B2 (ja) | シリコン／炭化ケイ素複合材料 | |
| RU2718682C2 (ru) | Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния | |
| CN101863665B (zh) | 自愈合抗氧化功能纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| RU2744543C1 (ru) | Способ получения керамического композиционного материала на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния | |
| CN105645985B (zh) | 一种表硬心韧的TiB2梯度陶瓷的制备方法 | |
| JP3127371B2 (ja) | セラミック含有炭素／炭素複合材料及びその製造方法 | |
| US7163650B2 (en) | Process for producing ceramic bearing components | |
| US7166550B2 (en) | Ceramic composite body of silicon carbide/boron nitride/carbon | |
| JP5068218B2 (ja) | 炭素繊維強化炭化ケイ素複合材料およびその製造方法 | |
| RU2621241C1 (ru) | Наноструктурированный композиционный материал на основе карбида бора и способ его получения | |
| EP3124814B1 (en) | Ceramic material for brake discs | |
| Kim et al. | Nicalon-fibre-reinforced silicon-carbide composites via polymer solution infiltration and chemical vapour infiltration | |
| JP5172232B2 (ja) | アルミニウム−セラミックス複合体とその製造方法 | |
| JP4612608B2 (ja) | シリコン／炭化ケイ素複合材料の製造方法 | |
| RU2795405C1 (ru) | Способ получения армированного композиционного материала на основе карбида кремния | |
| JP3673011B2 (ja) | セラミックス基繊維複合材料およびその製造方法 | |
| JP2012144389A (ja) | ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料 | |
| JP2004323291A (ja) | アルミニウム−セラミックス複合体とその製造方法 | |
| JP5824316B2 (ja) | 摩擦材 | |
| JP3937923B2 (ja) | 反射鏡およびその製造方法 | |
| JPH0224789B2 (ru) | ||
| Stacy et al. | Elevated temperature flexure behavior of continuous carbon fiber reinforced ZrB2–ZrSi2 ultrahigh temperature ceramic matrix composites | |
| JPH11263668A (ja) | セラミックス基繊維複合材料部品とその製造方法 | |
| Latiff et al. | Characteristics of six layered Al/Si3N4 functionally graded materials prepared through two-step pressureless sintering process |