RU2561101C1 - Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite - Google Patents
Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561101C1 RU2561101C1 RU2014130707/03A RU2014130707A RU2561101C1 RU 2561101 C1 RU2561101 C1 RU 2561101C1 RU 2014130707/03 A RU2014130707/03 A RU 2014130707/03A RU 2014130707 A RU2014130707 A RU 2014130707A RU 2561101 C1 RU2561101 C1 RU 2561101C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- temperature
- workpiece
- blank
- heating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение может быть использовано при получении конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, для химической, нефтехимической, химико-металлургической промышленности и авиатехники.The invention can be used to obtain structural materials operating under high thermal loading and an oxidizing environment for the chemical, petrochemical, chemical and metallurgical industries and aircraft.
Известен способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого композиционного материала (УККМ), включающий изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, формирование на ней шликерного покрытия на основе композиции из порошка кремния и временного связующего с последующим силицированием заготовки путем нагрева ее в вакууме до 1800°C, выдержки в течение 1-2 часов при 1800-1850°C и охлаждения [пат. РФ №2084425, кл. C04B 35/52, 1997].A known method of manufacturing products from carbon-carbide-silicon composite material (UKKM), including the manufacture of a workpiece from a porous carbon-containing material, forming a slip coating on it based on a composition of silicon powder and a temporary binder, followed by siliconizing the workpiece by heating it in vacuum to 1800 ° C, exposure for 1-2 hours at 1800-1850 ° C and cooling [US Pat. RF №2084425, class C04B 35/52, 1997].
Недостатком способа является его сложность применительно к изготовлению крупногабаритных изделий из-за необходимости их нагрева с 1300 до 1650°C со скоростью не менее 600 град/час для быстрого перевода расплава кремния в низковязкое состояние. В противном случае (при низкой скорости нагрева) происходит затекание вязкого расплава кремния в поверхностные поры материала заготовки и его науглероживание, что приводит к потере его способности течь при последующем нагреве до более высоких температур и, как следствие, к поверхностному силицированию с образованием наростов на изделии. К увеличению вязкости расплава кремния приводит также его частичная карбидизация из-за взаимодействия с углеродсодержащими реакторными газами.The disadvantage of this method is its complexity in relation to the manufacture of large-sized products due to the need to heat them from 1300 to 1650 ° C at a speed of at least 600 degrees / hour for the fast transfer of the silicon melt to a low-viscosity state. Otherwise (at a low heating rate), a viscous silicon melt flows into the surface pores of the workpiece material and is carburized, which leads to a loss of its ability to flow during subsequent heating to higher temperatures and, as a result, to surface silicification with the formation of growths on the product . A partial carbidization due to interaction with carbon-containing reactor gases also leads to an increase in the viscosity of the silicon melt.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления изделий из УККМ, включающий изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, формирование на ней шликерного покрытия на основе композиции из порошка кремния и временного связующего, нагрев, выдержку при 1700-1900°C и охлаждение в вакууме в парах кремния в замкнутом объеме реторты при наличии возможности нагрева тиглей с кремнием до более высокой температуры, чем температура силицируемой заготовки [пат. РФ №2497778, кл. C04B 35/573, 2013 г.]. В соответствии с указанным способом нагрев заготовки в вакууме в интервале 1300-1650°C осуществляется с существенно меньшей скоростью, чем в способе-аналоге, а именно со скоростью ~250-300 град/час вместо ~600 град/час.The closest to the proposed 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, forming a slip coating on it based on a composition of silicon powder and a temporary binder, heating, holding at 1700-1900 ° C and cooling in vacuum in silicon vapors in a closed volume of the retort with the possibility of heating crucibles with silicon to a higher temperature than the temperature of the siliconized preform [US Pat. RF №2497778, class C04B 35/573, 2013]. In accordance with the specified method, the workpiece is heated in vacuum in the range 1300-1650 ° C at a significantly lower speed than in the analogue method, namely, at a speed of ~ 250-300 deg / h instead of ~ 600 deg / h.
Способ позволяет изготавливать крупногабаритные изделия из УККМ с высокой чистотой поверхности без необходимости нагрева с 1300 до 1650°C со скоростью не менее 600 град/час, что в свою очередь позволяет упростить их изготовление.The method allows to produce large-sized products from UKKM with high surface finish without the need for heating from 1300 to 1650 ° C at a speed of at least 600 deg / h, which in turn allows to simplify their manufacture.
И тем не менее способ остается еще относительно сложным.Nevertheless, the method remains relatively complex.
Задачей изобретения является дополнительное упрощение способа изготовления крупногабаритных изделий из УККМ без снижения их качества.The objective of the invention is to further simplify the method of manufacturing large-sized products from UKKM without reducing their quality.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления изделий из УККМ, включающем изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, формирование на ней шликерного покрытия на основе композиции из порошка кремния и временного связующего, нагрев, выдержку при 1700-1900°C и охлаждение в вакууме в парах кремния в замкнутом объеме реторты при наличии возможности нагрева тиглей с кремнием до более высокой температуры, чем температура силицируемой заготовки, в соответствии с заявляемым техническим решением нагрев заготовки при температуре тиглей с кремнием, превышающей температуру заготовки, осуществляют с 1300 до 1600-1650°C при разнице температур 20-150°C; причем меньшей температуре на заготовке соответствует большая разница температур и, наоборот, большей температуре - меньшая разница между температурой на тиглях с кремнием и силицируемой заготовке; при этом нагрев заготовки с 1300 до 1400°C производят ступенчато с изотермическими выдержками в указанном интервале температур.The problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing products from UKKM, including the manufacture of a workpiece from a porous carbon-containing material, forming a slip coating on it based on a composition of silicon powder and a temporary binder, heating, holding at 1700-1900 ° C and cooling in vacuum in silicon vapors in a closed volume of the retort, if it is possible to heat crucibles with silicon to a higher temperature than the temperature of the siliconized workpiece, in accordance with the claimed technical solution, heating preforms at a crucible temperature with silicon exceeding the preform temperature, are carried out from 1300 to 1600-1650 ° C with a temperature difference of 20-150 ° C; moreover, a lower temperature on the workpiece corresponds to a large temperature difference and, conversely, a higher temperature - a smaller difference between the temperature on crucibles with silicon and siliconized workpiece; while heating the workpiece from 1300 to 1400 ° C is carried out stepwise with isothermal extracts in the indicated temperature range.
Осуществление нагрева заготовки при температуре тиглей с кремнием, превышающей температуру заготовки на 20-150°C, в интервале с 1300 до 1600-1650°C, а не во всем температурном интервале нагрева до 1700-1900°C, а также таким образом, что меньшей температуре на заготовке соответствует большая разница температур и, наоборот, большей температуре - меньшая разница между температурой на тиглях с кремнием и силицируемой заготовке, позволяет упростить аппаратурное обеспечение процесса силицирования. В то же время осуществление этой процедуры обеспечивает наличие пересыщенного состояния паров кремния в наиболее необходимом (для реализации процесса конденсации паров кремния и защиты частиц кремния в шликерном покрытии от карбидизации) интервале температур.The heating of the workpiece at a temperature of crucibles with silicon exceeding the temperature of the workpiece by 20-150 ° C, in the range from 1300 to 1600-1650 ° C, and not in the entire temperature range of heating to 1700-1900 ° C, and also in such a way that a lower temperature on the workpiece corresponds to a large temperature difference and, conversely, a higher temperature - a smaller difference between the temperature on silicon crucibles and a siliconized workpiece allows simplifying the hardware of the siliconization process. At the same time, the implementation of this procedure ensures the presence of a supersaturated state of silicon vapors in the most necessary temperature range (for implementing the process of condensation of silicon vapors and protecting silicon particles in a slip coating from carbidization).
При температуре ниже 1300°C и наличии разницы температур между температурой тиглей с кремнием и температурой заготовки протекает поверхностная конденсация паров кремния с образованием высоковязкого или даже твердого конденсата, что приводит к невозможности конденсации паров кремния в порах материала силицируемой заготовки при последующем нагреве до 1415°C.At temperatures below 1300 ° C and there is a temperature difference between the temperature of the crucible with silicon and the temperature of the workpiece, surface condensation of silicon vapors occurs with the formation of a highly viscous or even solid condensate, which leads to the impossibility of condensation of silicon vapors in the pores of the material of the siliconized workpiece during subsequent heating to 1415 ° C .
При нагреве заготовки (с наличием разности температур между температурой тиглей с кремнием и заготовки) до температуры ниже 1600-1650°C существует вероятность неполного стекания с поверхности заготовки избытка жидкого кремния из-за его частичного науглероживания и карбидизации.When the preform is heated (with a temperature difference between the temperature of the crucible with silicon and the preform) to a temperature below 1600-1650 ° C, there is a possibility of incomplete drainage of excess liquid silicon from the surface of the preform due to its partial carburization and carbidization.
Осуществление нагрева заготовки с 1300 до 1400°C ступенчато с изотермическими выдержками в указанном интервале температур в совокупности с наличием разности температур между температурой тиглей с кремнием и температурой силицируемой заготовки позволяет реализовать процесс конденсации паров кремния в порах материала заготовки и шликерного покрытия.The heating of the preform from 1300 to 1400 ° C in steps with isothermal soaks in the indicated temperature range, together with the presence of a temperature difference between the temperature of the crucible with silicon and the temperature of the siliconized preform, allows the process of condensation of silicon vapor in the pores of the preform material and slip coating.
Благодаря этому поры материала заготовки оказываются устланными карбидом кремния (что предотвращает интенсивное науглероживание расплава кремния в момент пропитки им заготовки), а материал шликерного покрытия частично уплотняется, в результате чего существенно снижается вероятность его карбидизации под воздействием углеродсодержащих реакторных газов (которые к тому же частично связываются парами кремния).Due to this, the pores of the workpiece material are coated with silicon carbide (which prevents intensive carburization of the silicon melt at the time of impregnation of the workpiece), and the slip coating material is partially compacted, thereby significantly reducing the likelihood of its carbidization under the influence of carbon-containing reactor gases (which also partially bind silicon vapor).
Осуществление нагрева заготовки с 1300 до 1400°C ступенчато с изотермическими выдержками в указанном интервале температур при температуре тиглей с кремнием, превышающей в интервале температур 1300-(1600-1650)°C температуру заготовки на 20-150°C, когда меньшей температуре на заготовке соответствует большая разница температур и, наоборот, большей температуре - меньшая разница между температурой на тиглях с кремнием и силицируемой заготовке, позволяет начать заполнение пор кремнием с наименьших по размерам и тем самым увеличить степень карбидизации углеродсодержащей матрицы в материале заготовки.The workpiece is heated from 1300 to 1400 ° C in steps with isothermal holdings in the indicated temperature range at a temperature of crucibles with silicon exceeding in the temperature range 1300- (1600-1650) ° C the workpiece temperature is 20-150 ° C, when the temperature on the workpiece is lower corresponds to a large temperature difference and, conversely, to a higher temperature - a smaller difference between the temperature on crucibles with silicon and a siliconized workpiece allows you to start filling pores with silicon with the smallest size and thereby increase the degree of carbidization of carbon a carbon-containing matrix in the workpiece material.
Несоблюдение соответствия разницы температур (между температурой тиглей с кремнием и температурой заготовки) температуре на заготовке приводит либо к удлинению процесса силицирования из-за низкой скорости конденсации паров кремния, либо к размыву шликерного покрытия или к тому, что часть сравнительно мелких пор оказывается незаполненной кремнием, причиной чего является чрезмерно высокая скорость конденсации паров кремния.Failure to comply with the temperature difference (between the temperature of the crucible with silicon and the temperature of the workpiece) to the temperature on the workpiece leads either to an extension of the siliconization process due to the low rate of condensation of silicon vapor, to erosion of the slip coating, or to the fact that some of the relatively small pores are unfilled with silicon, The reason for this is the excessively high rate of condensation of silicon vapor.
При разнице температур менее 20°C и менее 150°C, соответствующих температуре на заготовке 1600-1650°C и 1300°C соответственно, состояние паров кремния может оказаться даже ненасыщенным из-за снятия пересыщенного состояния (обусловленного указанной разницей температур) утечкой паров кремния (под воздействием вакуумных насосов) в проницаемые стыки реторты с соответствующими последствиями (снижением эффективности защиты избытка расплава кремния от карбидизации, происходящей под воздействием углеродсодержащих реакторных газов).If the temperature difference is less than 20 ° C and less than 150 ° C, corresponding to the temperature on the workpiece 1600-1650 ° C and 1300 ° C, respectively, the state of silicon vapors may even be unsaturated due to the removal of the supersaturated state (due to the indicated temperature difference) leakage of silicon vapors (under the influence of vacuum pumps) into the permeable joints of the retort with the corresponding consequences (reducing the effectiveness of protecting excess silicon melt from carbidization occurring under the influence of carbon-containing reactor gases).
Создание разницы между температурой тиглей с кремнием и температурой заготовки более 150°C нецелесообразно, т.к. приводит к усложнению аппаратурного обеспечения процесса силицирования.Creating a difference between the temperature of crucibles with silicon and the temperature of the workpiece more than 150 ° C is impractical, because leads to a complication of the hardware of the siliconization process.
Продолжение нагрева с 1400°C до 1600-1650°C при температуре тиглей с кремнием, превышающей температуру силицируемой заготовки, при разнице (между температурой тиглей с кремнием и заготовки), уменьшающейся по мере увеличения температуры на заготовке, позволяет упростить аппаратурное обеспечение процесса силицирования и в то же время позволяет исключить карбидизацию расплава кремния во время пропитки им материала заготовки, а также во время стекания его избытка с поверхности заготовки, в результате чего обеспечивается ее объемное силицирование с заполнением карбидом кремния и свободным кремнием даже крупных пор без образования наростов на ее поверхности.The continuation of heating from 1400 ° C to 1600-1650 ° C at a temperature of crucibles with silicon exceeding the temperature of the siliconized workpiece, with a difference (between the temperature of the crucibles with silicon and the workpiece) decreasing with increasing temperature on the workpiece, simplifies the hardware of the siliconization process and at the same time, it is possible to exclude carbidization of the silicon melt during its impregnation of the workpiece material, as well as during the runoff of its excess from the surface of the workpiece, as a result of which its volume siliconization is ensured e filled with silicon carbide and free silicon even of large pores without the formation of growths on its surface.
Дальнейшее продолжение нагрева заготовки с 1600-1650°C до 1700-1900°C в отсутствие разницы между температурой тиглей с кремнием и заготовки обеспечивает наиболее полную карбидизацию кремния, вошедшего в поры материала заготовки, без усложнения аппаратурного обеспечения процесса силицирования.Further heating of the preform from 1600-1650 ° C to 1700-1900 ° C in the absence of a difference between the temperature of the crucible with silicon and the preform provides the most complete silicon carbidization that has entered the pores of the preform material without complicating the siliconization process hardware.
Кроме того, исключается негативное влияние конденсата паров кремния на углеродные волокна в этом высокотемпературном интервале, т.к. он (конденсат) благодаря отсутствию разности температур между температурой тиглей с кремнием и заготовки не образуется.In addition, the negative effect of the condensate of silicon vapors on carbon fibers in this high-temperature range is excluded. it (condensate) due to the absence of a temperature difference between the temperature of the crucibles with silicon and the workpiece is not formed.
Охлаждение заготовки в парах кремния позволяет заполнить кремнием открытые поры материала, оставшиеся (или образовавшиеся) после выдержки заготовки при 1700-1900°C.Cooling the workpiece in silicon vapor allows silicon to fill open pores of the material remaining (or formed) after holding the workpiece at 1700-1900 ° C.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность осуществить объемное силицирование заготовки из углеродсодержащего материала, исключить при этом образование наростов на поверхности заготовки, а также негативное влияние кремния на углеродные волокна; причем добиться этого при упрощении аппаратурного обеспечения процесса силицирования и при более низкой скорости нагрева с 1300 до 1650°C.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to carry out bulk siliconization of a preform from a carbon-containing material, while eliminating the formation of growths on the surface of the preform, as well as the negative effect of silicon on carbon fibers; and to achieve this by simplifying the hardware of the siliconization process and at a lower heating rate from 1300 to 1650 ° C.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно обеспечивается дополнительное упрощение способа изготовления крупногабаритных изделий из УККМ без снижения их качества.Thanks to the new property, the task is solved, namely, it provides an additional simplification of the method of manufacturing large-sized products from UKKM without reducing their quality.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Одним из известных способов изготавливают заготовку из пористого углеродсодержащего материала. Затем формируют на ней шликерное покрытие на основе композиции из порошка кремния и временного связующего. После этого заготовку и тигли с кремнием размещают в замкнутом объеме реторты. Затем осуществляют нагрев заготовки в вакууме в замкнутом объеме реторты при наличии возможности нагрева тиглей с кремнием до более высокой температуры, чем температура силицируемой заготовки. При этом нагрев заготовки до 1300°C производят в отсутствие разницы между температурой тиглей с кремнием и температурой заготовки. С 1300 до 1600-1650°C нагрев заготовки осуществляют в вакууме в парах кремния при температуре тиглей с кремнием, превышающей температуру заготовки на 20-150°C; причем меньшей температуре на заготовке соответствует большая разница температур и, наоборот, большей температуре - меньшая разница между температурой на тиглях с кремнием и силицируемой заготовке. При этом нагрев заготовки с 1300 до 1400°C производят ступенчато с изотермическими выдержками в указанном интервале температур. В этот период в порах материала заготовки и в порах шликерного покрытия конденсируются пары кремния, заполняя мельчайшие и мелкие поры, из которых конденсат паров кремния проталкивается в более крупные поры, постепенно накапливаясь там и частично карбидизуясь. В этот же период в объеме реторты происходит связывание парами кремния углеродсодержащих реакторных газов, что позволяет предотвратить карбидизацию частиц кремния в шликерном покрытии (к тому же частично уплотненном конденсатом паров кремния). Затем продолжают нагрев заготовки с 1400°C до 1600-1650°C при температуре тиглей с кремнием, превышающей температуру заготовки; причем при повышении температуры заготовки до 1600-1650°C на тиглях с кремнием создают температуру таким образом, что разница между ними уменьшается соответственно увеличению температуры заготовки и к 1650°C на заготовке разница составляет 20°C. В этот период происходит образование расплава кремния и пропитка им пористой заготовки. При этом пропитка заготовки расплавом кремния осуществляется во всем ее объеме, т.к. благодаря исключению карбидизации частиц кремния в шликерном покрытии расплав кремния не содержит частичек карбида кремния, а благодаря наличию на стенках пор противодиффузионного карбидокремниевого покрытия не науглероживается в период пропитки им заготовки. В этот же период избыток расплава кремния благодаря его низкой вязкости, обусловленной отсутствием в нем частичек карбида кремния, стекает с поверхности заготовки. Затем производят нагрев заготовки с 1600-1650°C до 1700-1900°C и выдержку в указанном интервале температур в отсутствие разницы между температурой тиглей с кремнием и заготовки. В этот период завершается процесс карбидизации кремния. Затем производят охлаждение заготовки в вакууме в парах кремния, что сопровождается конденсацией паров кремния и заполнением открытых пор образовавшегося в результате выдержки при 1700-1900°C углерод-карбидокремниевого материала.One of the known methods of making a workpiece from a porous carbon-containing material. Then a slip coating is formed on it based on a composition of silicon powder and a temporary binder. After that, the workpiece and crucibles with silicon are placed in a closed volume of the retort. Then, the workpiece is heated in vacuum in a closed volume of the retort if it is possible to heat the crucibles with silicon to a higher temperature than the temperature of the siliconized workpiece. In this case, the preform is heated to 1300 ° C in the absence of a difference between the temperature of the crucibles with silicon and the temperature of the preform. From 1300 to 1600-1650 ° C, the preform is heated in vacuum in silicon vapors at a crucible with silicon temperature exceeding the preform by 20-150 ° C; moreover, a lower temperature on the workpiece corresponds to a large temperature difference and, conversely, a higher temperature - a smaller difference between the temperature on silicon crucibles and a siliconized workpiece. In this case, the billet is heated from 1300 to 1400 ° C in steps with isothermal extracts in the indicated temperature range. During this period, silicon vapors condense in the pores of the workpiece material and in the pores of the slip coating, filling the smallest and finest pores, from which the silicon vapor condensate is pushed into larger pores, gradually accumulating there and partially carbidizing. In the same period, carbon-containing reactor gases are bonded in silicon vapors in the retort volume, which prevents carbidization of silicon particles in a slip coating (also partially condensed by silicon vapor condensate). Then continue heating the workpiece from 1400 ° C to 1600-1650 ° C at a temperature of crucibles with silicon exceeding the temperature of the workpiece; moreover, when the temperature of the workpiece is increased to 1600-1650 ° C, the temperature is created on crucibles with silicon so that the difference between them decreases correspondingly to an increase in the temperature of the workpiece and by 1650 ° C on the workpiece the difference is 20 ° C. During this period, the formation of a silicon melt and its impregnation of the porous preform takes place. In this case, the workpiece is impregnated with a molten silicon in its entire volume, because due to the exclusion of carbidization of silicon particles in the slip coating, the silicon melt does not contain particles of silicon carbide, and due to the presence of anti-diffusion silicon carbide coatings on the pore walls, it is not carbonized during the period of impregnation of the billet. In the same period, excess silicon melt due to its low viscosity, due to the absence of particles of silicon carbide in it, flows from the surface of the workpiece. Then the billet is heated from 1600-1650 ° C to 1700-1900 ° C and held in the indicated temperature range in the absence of a difference between the temperature of the crucible with silicon and the billet. During this period, the process of silicon carbidization is completed. Then the workpiece is cooled in vacuum in silicon vapors, which is accompanied by condensation of silicon vapors and filling of the open pores of the carbon-carbide-silicon material formed as a result of aging at 1700-1900 ° C.
Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа. Во всех примерах изготавливали изделия в виде пластин размерами 120×150×(4-5) мм.The following are examples of specific implementation of the method. In all examples, products were manufactured in the form of plates with dimensions of 120 × 150 × (4-5) mm.
Пример 1Example 1
Одним из известных способов изготовили заготовку из пористого углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) на основе каркаса из высокомодульной углеродной ткани марки УТ-900 и коксопироуглеродного связующего.One of the known methods made a blank of a porous carbon-carbon composite material (CCCM) based on a framework of high-modulus carbon fabric brand UT-900 and coke-pyrocarbon binder.
Материал такой структуры имеет поры, существенно отличающиеся по размерам, а именно от десятых микрона до нескольких сотен микрон.The material of such a structure has pores that differ significantly in size, namely, from tenths of a micron to several hundred microns.
На заготовке сформировали шликерное покрытие на основе композиции из порошка кремния с размерами частиц до 63 мкм и временного связующего, в качестве которого использовали 4%-ный раствор поливинилового спирта (ПВС) в воде.A slip coating was formed on the workpiece based on a composition of silicon powder with particle sizes up to 63 μm and a temporary binder, which was used as a 4% solution of polyvinyl alcohol (PVA) in water.
Заготовку и тигли с кремнием установили в замкнутый объем реторты.Harvesting and crucibles with silicon set in a closed volume of the retort.
Затем произвели нагрев заготовки и тиглей с кремнием в вакууме (p - 3 мм рт.ст.).Then, the billet and crucibles with silicon were heated in vacuum (p - 3 mm Hg).
По достижении температуры на заготовке 1300°C произвели нагрев тиглей с кремнием до 1450°C и выдержку в парах кремния в течение 0,5 часа. Затем ступенчато произвели нагрев заготовки до 1350 и 1400°C, а тиглей с кремнием соответственно - до 1490 и 1530°C с последующей выдержкой при каждой из температур в течение 1 часа.Upon reaching the temperature on the workpiece 1300 ° C, the crucibles with silicon were heated to 1450 ° C and held in silicon vapors for 0.5 hours. Then, the workpiece was heated stepwise to 1350 and 1400 ° C, and crucibles with silicon, respectively, to 1490 and 1530 ° C, followed by exposure at each temperature for 1 hour.
Благодаря пересыщенному состоянию паров кремния, которое не могло быть снято даже в результате их утечки в проницаемые стыки реторты, происходила капиллярная конденсация паров кремния как в мелких порах шликерного покрытия, так и в мелких порах материала заготовки.Due to the supersaturated state of silicon vapors, which could not be removed even as a result of their leakage into the permeable joints of the retort, capillary condensation of silicon vapors occurred both in the small pores of the slip coating and in the small pores of the workpiece material.
Затем продолжили нагрев заготовки с 1400 до 1600°C со скоростью ~120 град/час при разнице (Δt) между температурой тиглей с кремнием и заготовки, уменьшающейся по мере увеличения температуры на заготовке с 130 до 40°C.Then, the workpiece continued to be heated from 1400 to 1600 ° C at a rate of ~ 120 deg / h with a difference (Δt) between the temperature of the crucible with silicon and the workpiece, which decreases with increasing temperature on the workpiece from 130 to 40 ° C.
После образования расплава кремния происходила пропитка материала заготовки с заполнением уже более крупных пор. При этом насыщенное состояние паров кремния обеспечивало защиту избытка расплава кремния от частичной карбидизации, в результате чего избыток расплава кремния стекал с заготовки.After the formation of the silicon melt, the preform was impregnated with the filling of already larger pores. In this case, the saturated state of silicon vapors protected the excess silicon melt from partial carbidization, as a result of which the excess silicon melt drained from the workpiece.
Затем произвели нагрев заготовки и тиглей с кремнием до 1800°C в отсутствие перепада температур между ними с последующей выдержкой при 1800-1850°C в течение 2 часов.Then, the billet and crucibles with silicon were heated to 1800 ° C in the absence of a temperature difference between them, followed by exposure at 1800-1850 ° C for 2 hours.
Затем произвели охлаждение заготовки.Then the workpiece was cooled.
Примеры 2-9Examples 2-9
В указанных примерах нагрев с 1600-1650 до 1800°C, выдержку при 1800-1850°C и охлаждение проводили аналогично примеру 1. Остальные технологические параметры имеют отличия от примера 1 и указаны в таблице.In these examples, heating from 1600-1650 to 1800 ° C, holding at 1800-1850 ° C and cooling were carried out analogously to example 1. The remaining process parameters are different from example 1 and are shown in the table.
В таблице приведены особенности конкретного выполнения способа в примерах 1-9, где примеры 1-4 соответствуют заявленным пределам, а примеры 5-9 - не соответствуют им: либо по температуре на заготовке (примеры 5, 9), либо нет соответствия между температурой на заготовке и разницей температур между температурой тиглей с кремнием и температурой заготовки (примеры 6-8). Здесь же приведен пример 10 изготовления изделия в соответствии со способом-прототипом.The table shows the features of a specific implementation of the method in examples 1-9, where examples 1-4 correspond to the declared limits, and examples 5-9 do not correspond to them: either by temperature on the workpiece (examples 5, 9), or there is no correspondence between the temperature on the workpiece and the temperature difference between the temperature of the crucibles with silicon and the temperature of the workpiece (examples 6-8). Here is an example 10 of the manufacture of the product in accordance with the prototype method.
На основе анализа результатов, приведенных в таблице, можно сделать следующие выводы:Based on the analysis of the results given in the table, the following conclusions can be drawn:
1. Изготовление изделий в полном соответствии с заявляемым способом (примеры 1-4) позволяет получить их качеством не хуже, чем в соответствии со способом-прототипом (пример 10), а именно по степени силицирования (содержанию общего и свободного кремния), по степени карбидизации углеродных волокон и по состоянию поверхности изделия.1. The manufacture of products in full accordance with the claimed method (examples 1-4) allows to obtain their quality no worse than in accordance with the prototype method (example 10), namely, the degree of siliconization (the content of total and free silicon), the degree carbidization of carbon fibers and the state of the surface of the product.
2. Изготовление изделий с отступлением от заявляемых пределов приводит к ухудшению их качества, а именно:2. The manufacture of products with a deviation from the claimed limits leads to a deterioration in their quality, namely:
- при проведении изотермической выдержки (проводимой при наличии перепада температур между тиглями с кремнием и заготовкой) при температуре ниже 1300°C поверхность изделия имеет наросты. Вызвано это, вероятно, следующим. При указанных температурах происходит конденсация паров кремния на поверхности, а не в порах шликерного покрытия. Не конденсируются пары кремния и в порах материала заготовки. При последующем нагреве расплав кремния (образующийся при плавлении кремния в шликерном покрытии) затекает в поверхностные поры, быстро науглероживается, в результате чего теряет способность течь даже при нагреве до более высоких температур;- when conducting isothermal exposure (carried out in the presence of a temperature difference between the crucibles with silicon and the workpiece) at a temperature below 1300 ° C, the surface of the product has growths. This is probably due to the following. At these temperatures, condensation of silicon vapor occurs on the surface, and not in the pores of the slip coating. Silicon vapors also do not condense in the pores of the workpiece material. During subsequent heating, the silicon melt (formed during the melting of silicon in a slip coating) flows into the surface pores, quickly carburizes, as a result of which it loses its ability to flow even when heated to higher temperatures;
- при проведении изотермической выдержки при температуре выше температуры плавления кремния, но вблизи нее (проводимой при наличии перепада температур между тиглями с кремнием и заготовкой), на поверхности изделия имеются наплывы частично карбидизовавшегося кремния (пример 9), вызванные, вероятно, тем, что расплав кремния, имеющий сравнительно высокую вязкость, не успевает стечь с заготовки и частично науглероживается;- when conducting isothermal exposure at temperatures above the melting temperature of silicon, but near it (carried out in the presence of a temperature difference between the crucibles with silicon and the workpiece), on the surface of the product there are flows of partially carbidized silicon (example 9), probably due to the fact that the melt silicon having a relatively high viscosity does not have time to drain from the workpiece and is partially carburized;
- при температуре заготовки 1300°C и разнице температур менее 150 градусов (пример 6) поверхность изделия имеет наросты, вероятно, из-за частичной карбидизации частиц кремния в шликерном покрытии на стадии выдержки при 1300°C;- at a workpiece temperature of 1300 ° C and a temperature difference of less than 150 degrees (example 6), the surface of the product has growths, probably due to partial carbidization of silicon particles in the slip coating at the exposure stage at 1300 ° C;
- при несоответствии разницы температур (между температурой тиглей с кремнием и заготовки) температуре заготовки поверхность изделия (примеры 7, 8) имеет потеки частично карбидизовавшегося кремния.- if the temperature difference (between the temperature of the crucible with silicon and the workpiece) does not match the workpiece temperature, the surface of the product (examples 7, 8) has streaks of partially carbidized silicon.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014130707/03A RU2561101C1 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014130707/03A RU2561101C1 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2561101C1 true RU2561101C1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53880957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014130707/03A RU2561101C1 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2561101C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5855955A (en) * | 1995-06-07 | 1999-01-05 | Lanxide Technology Company L.P. | Method for making self-supporting composite bodies |
| RU2470857C1 (en) * | 2011-07-18 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of making parts from carbon-carbide-silicon material |
| RU2494042C1 (en) * | 2012-01-11 | 2013-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of making articles from carbon-silicon carbide material |
| RU2497778C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of producing articles from carbon-siliconcarbide material |
-
2014
- 2014-07-24 RU RU2014130707/03A patent/RU2561101C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5855955A (en) * | 1995-06-07 | 1999-01-05 | Lanxide Technology Company L.P. | Method for making self-supporting composite bodies |
| RU2470857C1 (en) * | 2011-07-18 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of making parts from carbon-carbide-silicon material |
| RU2494042C1 (en) * | 2012-01-11 | 2013-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of making articles from carbon-silicon carbide material |
| RU2497778C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of producing articles from carbon-siliconcarbide material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2480433C2 (en) | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2486163C2 (en) | Method of making articles from ceramic-matrix composite material | |
| RU2458890C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2490238C1 (en) | Method of manufacturing products from composite materials and device for its realisation | |
| RU2351572C2 (en) | Method for manufacture of products from carbon-ceramic composite material | |
| RU2531503C1 (en) | Method of manufacturing products from composite material | |
| RU2559248C1 (en) | Method of manufacturing of tight items out of carbon-silicon carbide composite material | |
| RU2561096C1 (en) | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite (cscc) | |
| RU2561101C1 (en) | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite | |
| JP2019507083A (en) | Process for producing ceramics from chemical reactions | |
| RU2570075C1 (en) | Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material | |
| RU2570068C1 (en) | Method for manufacturing articles of carbon-silicon carbide composite material with variable content of silicon carbide | |
| RU2470857C1 (en) | Method of making parts from carbon-carbide-silicon material | |
| RU2539465C2 (en) | Method for manufacturing products of reaction-sintered composite material | |
| RU2569385C1 (en) | Method of making articles from heat-resistant composite materials | |
| RU2497778C1 (en) | Method of producing articles from carbon-siliconcarbide material | |
| RU2670819C1 (en) | Method of manufacturing products from reactive sand-made composite material | |
| RU2539467C2 (en) | Method of producing protective coatings on articles made of carbon-containing materials | |
| RU2570076C1 (en) | Method to manufacture items from composite material with carbon-ceramic matrix | |
| RU2494042C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2464250C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2554645C2 (en) | Method of producing articles from sintered composites | |
| RU2716323C1 (en) | Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation | |
| RU2570073C1 (en) | Carbon-siliconcarbide composite material and method of production of hermetic products from it | |
| RU2641748C2 (en) | Leak-tight product of high-temperature composite material, reinforced with long-length fibers, and method of its manufacture |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200725 |