BR112017024845B1 - Material compósito, componente de passagem de gás quente (hgp), processo para produção de material compósito - Google Patents

Material compósito, componente de passagem de gás quente (hgp), processo para produção de material compósito Download PDF

Info

Publication number
BR112017024845B1
BR112017024845B1 BR112017024845-0A BR112017024845A BR112017024845B1 BR 112017024845 B1 BR112017024845 B1 BR 112017024845B1 BR 112017024845 A BR112017024845 A BR 112017024845A BR 112017024845 B1 BR112017024845 B1 BR 112017024845B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
silicide
weight
composite material
powders
si3n4
Prior art date
Application number
BR112017024845-0A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112017024845A2 (pt
Inventor
Iacopo Giovannetti
Antonella DIMATTEO
Massimo Giannozzi
Francesco MASTROMATTEO
Pierluigi Tozzi
Original Assignee
Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nuovo Pignone Tecnologie Srl filed Critical Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Publication of BR112017024845A2 publication Critical patent/BR112017024845A2/pt
Publication of BR112017024845B1 publication Critical patent/BR112017024845B1/pt

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped 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
    • C04B35/58Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/58085Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicides
    • C04B35/58092Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicides based on refractory metal silicides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped 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
    • C04B35/58Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/58085Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped 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
    • C04B35/58Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/5805Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
    • C04B35/58064Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped 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
    • C04B35/58Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/645Pressure sintering
    • C04B35/6455Hot isostatic pressing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/65Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C04B35/652Directional oxidation or solidification, e.g. Lanxide process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653Processes involving a melting step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653Processes involving a melting step
    • C04B35/657Processes involving a melting step for manufacturing refractories
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3873Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3891Silicides, e.g. molybdenum disilicide, iron silicide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6026Computer aided shaping, e.g. rapid prototyping
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/665Local sintering, e.g. laser sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C04B2235/721Carbon content
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C04B2235/722Nitrogen content
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C04B2235/723Oxygen content
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/77Density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/78Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C04B2235/85Intergranular or grain boundary phases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9669Resistance against chemicals, e.g. against molten glass or molten salts
    • C04B2235/9684Oxidation resistance
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/36Non-oxidic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/704Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/20Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/234Laser welding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

material compósito, processo para produção do material compósito e componente de passagem de gás quente. trata-se de um material compósito com base em silicieto que compreende tanto um silicieto de mo, b, w, nb, ta, ti, cr, co, y ou uma combinação dos mesmos, si3n4 e pelo menos um óxido, quanto um processo para produção do mesmo.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se, principalmente, a um material compósito com base em silicieto e a um processo para produção do mesmo.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Para aplicações de turbina a gás (pás, bocais, invólucros) são usadas superligas com base em níquel.
[003] No entanto, nesse campo, as superligas com base em níquel se deparam com uma limitação fundamental, isto é, seu ponto de fusão. Visto que as superligas avançadas fundem em temperaturas na ordem de 1.350 °C, um reforço significativo pode ser obtido apenas em temperaturas abaixo de 1.150 °C.
[004] A este respeito, as investigações sobre novos materiais adequados para aplicações de turbina a gás estão começando a acelerar com o objetivo de exceder os limites mecânicos e físicos das superligas. O desenvolvimento pretendido pode apenas ser alcançado fornecendo-se o aperfeiçoamento das propriedades essenciais dos materiais estruturais tais como fadiga térmica, resistência à oxidação, relação de força/peso e dureza de fratura. Existem dois tipos diferentes de materiais que são candidatos para resistir às condições operacionais em torno de 1.200 °C; o primeiro é a cerâmica estrutural tal como SiC, Si3N4 e o segundo são os silicietos estruturais, tal como MoSi2.
[005] Nessa perspectiva, os materiais que compreendem sistema de MoSi2 + Si3N4 são desenvolvidos, que têm baixa densidade, excelente resistência de oxidação, resistência flexural e propriedades de deslizamento. No entanto, até agora os ditos materiais, tipicamente produzidos por sinterização, não são usados por aplicações de turbina a gás devido a sua baixa dureza de fratura (inferior a 10 MPa m0,5).
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[006] Por esse motivo, existe uma necessidade geral para materiais adequados para aplicações de turbina a gás, que mostram boas propriedades em termos de fadiga térmica nas condições operacionais, baixa densidade, resistência à oxidação, resistência flexural, propriedades de deslizamento e dureza de fratura.
[007] Uma ideia importante é fornecer um material em que a mistura de um pó de silicieto e Si3N4 é desempenhada na presença de partículas de óxido a fim de controlar a microestrutura final e realçar as propriedades mecânicas.
[008] Outra ideia importante é aperfeiçoar o processo de produção do dito material, portanto, superando as limitações observadas para o processo de sinterização.
[009] As primeiras realizações da presente invenção correspondem a um material compósito com base em silicieto que compreende um silicieto de Mo, B, W, Nb, Ta, Ti, Cr, Co, Y ou uma combinação dos mesmos, Si3N4 e pelo menos um óxido selecionado a partir do grupo que consiste em óxidos de ítrio, óxidos de cério e combinações dos mesmos.
[010] As segundas realizações da presente invenção correspondem a um processo para produção do material compósito com base em silicieto, sendo que o dito processo compreende as etapas de: 1) fornecer pós de silicieto, Si3N4, e pelo menos um óxido, 2) misturar homogeneamente os pós, iii) repousar pelo menos uma primeira camada de pós misturados sobre uma superfície de suporte, iv) difundir pelo menos uma parte dos pós ativando-se uma fonte de alimentação, sendo que a dita fonte tem uma potência de energia de 150 a 1.000 W, e v) permitir que os pós difundidos resfriem e solidifiquem, portanto, obtendo o material compósito com base em silicieto.
[011] Em geral, o processo pode ser conduzido até que uma espessura e um formato desejado do material compósito com base em silicieto sejam alcançados.
[012] As terceiras realizações da presente invenção correspondem a um material compósito com base em silicieto obtenível pelo processo acima.
[013] Em geral, o dito material mostra propriedades mecânicas, físicas e térmicas notavelmente aperfeiçoadas em relação às superligas convencionais.
[014] As quartas realizações da presente invenção correspondem a um componente de passagem de gás quente de turbina a gás (HGP), tais como uma pá, um bocal e um invólucro, feito do material acima.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[015] As Figuras anexas, que estão incorporadas no presente documento e constituem uma parte do relatório descritivo, ilustram realizações da presente invenção e, conjuntamente com a descrição detalhada, explicam essas realizações. Nas Figuras: a Figura 1 mostra seções transversais esquemáticas de um aparelho de Difusão Direta de Metal por Laser (DMLM); e a Figura 2 mostra as etapas de processo principais quando um aparelho de DMLM é usado.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[016] A descrição a seguir de realizações se refere às figuras anexas.
[017] A descrição a seguir não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.
[018] A referência por todo o relatório descritivo a “uma (1) realização” ou “uma realização” significa que uma função, estrutura ou característica particular descrita em conexão com uma realização é incluída em pelo menos uma realização da invenção. Portanto, a ocorrência das expressões “em uma (1) realização” ou “em uma realização” em vários momentos ao longo do relatório descritivo não se refere necessariamente à mesma realização. Adicionalmente, as funções, estruturas ou características particulares podem ser combinadas de qualquer maneira adequada em uma ou mais realizações.
[019] As primeiras realizações da presente invenção correspondem a um material compósito com base em silicieto que compreende - um silicieto de Mo, B, W, Nb, Ta, Ti, Cr, Co, Y ou uma combinação dos mesmos, - Si3N4, e - pelo menos um óxido selecionado a partir do grupo que consiste em óxidos de ítrio, óxidos de cério e combinações dos mesmos.
[020] O dito silicieto é, preferencialmente, selecionado a partir do grupo que consiste em MoSi2, Mo5SiB2, Mo3Si, Mo5SiB2, α-Mo-Mo5SiB2-Mo3Si, WSi2, NbSi2, TaSi2, TiSi2, CrSi2, CoSi2, YSi2, Mo5Si3, Ti5Si3 e combinações dos mesmos.
[021] Em realizações preferenciais, o dito silicieto é selecionado a partir do grupo que consiste em MoSi2, Mo5SiB2, Mo3Si, Mo5SiB2, α-Mo- Mo5SiB2-Mo3Si, Mo5Si3 e combinações dos mesmos.
[022] Em realizações particulares, o material acima pode compreender - pelo menos 35% em peso de silicieto, - 15 a 45% em peso de Si3N4, - 0,5 a 15% em peso de pelo menos um óxido, - até 4% em peso de impurezas.
[023] As possíveis impurezas compreendem Al, C, Fe, Ca, O, N ou uma combinação dos mesmos.
[024] Em algumas realizações do material acima, o dito pelo menos um óxido é selecionado a partir do grupo que consiste em combinações de óxidos de ítrio e óxidos de cério.
[025] Em realizações preferenciais do material acima, o dito pelo menos um óxido é uma combinação de um óxido de ítrio e um óxido de cério.
[026] Em realizações mais preferenciais, o material acima compreende - 20 a 40% em peso de Si3N4, - 0,5 a 8% em peso de Y2O3, - 0,5 a 6% em peso de CeO2, - até 4% em peso de impurezas.
[027] Em realizações particularmente preferenciais, o material compreende - 20 a 40% em peso de Si3N4, - 0,5 a 6% em peso de Y2O3, - 0,5 a 4% em peso de CeO2, - < 0,1% em peso de Al, - < 0,5% em peso de C, - < 0,1% em peso de Fe, - < 0,1% em peso de Ca, - < 1,5% em peso de O, - < 0,5% em peso de N, sendo que o restante é MoSi2.
[028] Preferencialmente, o dito material tem uma porosidade inferior a 0,5%, uma densidade de 4 a 5 g/cm3, uma estrutura de grão direcionalmente solidificada e um tamanho de grão médio de 50 a 150 μm.
[029] A dimensão máxima dos poros, mensurável por SEM, está abaixo de 100 μm.
[030] Em realizações preferenciais, o material tem um limite de resistência (UTS) maior que 700 MPa a 23 °C e maior que 550 MPa a 900 °C.
[031] Em outras realizações preferenciais, o material tem um módulo de Young (E) maior que 300 GPa a 23 °C e maior que 290 MPa a 900 °C.
[032] Em realizações preferenciais adicionais, o material tem um Valor Crítico de Fator de Intensidade de Tensão (Kc) maior que 5 MPa/m a 23 °C e maior que 10 MPa/m a 900 °C.
[033] Em realizações mais preferenciais, o material compreende α-Si3N4 e β-Si3N4, sendo que o último é acicular. Na verdade, o processo aditivo promove o crescimento de β-Si3N4 acicular; o pelo menos um óxido, preferencialmente na forma de grãos que têm tamanho médio < 50 μm, induz a deflexão de fenda, portanto esse tipo de microestrutura é desejável a fim de aumentar a dureza de fratura.
[034] A microestrutura resultante do material são partículas de silicieto e Si3N4 bem dispersas circundadas por uma fase de delimitação de grão. Nenhuma reação ocorre entre silicieto e Si3N4 e nenhuma fenda é detectada apesar da incompatibilidade de expansão térmica entre os dois compostos. Os óxidos são implantados em delimitações de grão que devem ser completamente amorfas.
[035] O β-Si3N4 acicular é desenvolvido e isso pode ser confirmado por medições de XRD.
[036] Em resumo, as microestruturas finais são compostas por grãos de Si3N4 (substancialmente arredondados na forma cristalográfica α e aciculares na β), por grãos de silicieto e por uma fase amorfa nas delimitações de grão que contêm os óxidos (ítrio e cério).
[037] As segundas realizações da presente invenção correspondem a um processo para produção do material compósito com base em silicieto, sendo que o dito processo compreende as etapas de: i) fornecer pós de silicieto, Si3N4, e pelo menos um óxido, j) ) misturar homogeneamente os pós, k) i) repousar pelo menos uma primeira camada de pós misturados sobre uma superfície de suporte, l) ) difundir pelo menos uma parte dos pós ativando-se uma fonte de alimentação, sendo que a dita fonte tem uma potência de energia de 150 a 1.000 W, e v) permitir que os pós difundidos resfriem e solidifiquem, portanto, obtendo o material compósito com base em silicieto.
[038] Na etapa iv), a dita fonte de alimentação pode ser laser ou feixe de elétron. Preferencialmente, a dita fonte de alimentação é um laser.
[039] Em particular, a etapa iv) pode ser desempenhada por Difusão Direta de Metal por Laser (DMLM), Difusão Seletiva por Laser (SLM), Sinterização Seletiva por Laser (SLS), Formação de Metal por Laser (LMF) ou Difusão por Feixe de Elétron (EBM).
[040] Em realizações preferenciais, a etapa iv) é desempenhada por Difusão Direta de Metal por Laser (DMLM), mais preferencialmente, a uma potência de energia em torno de 300 W.
[041] O processo acima pode ser conduzido até que uma espessura e um formato desejado do material compósito com base em silicieto sejam alcançados. A este respeito, o processo pode compreender, adicionalmente, as etapas de: w) ) repousar uma segunda camada de pós misturados no material compósito de silicieto obtidos na etapa v), sendo que a segunda camada pelo menos cobre, parcialmente, a superfície de material, x) i) repetir as etapas iv) e v), portanto, obtendo uma segunda camada do material compósito com base em silicieto, que adere ao material compósito com base em silicieto da etapa v), e opcionalmente y) ii) repetir as etapas vi) e vii) repousando-se uma terceira camada e camadas adicionais de pós misturados, até que uma espessura e um formato desejado do material compósito com base em silicieto sejam alcançados.
[042] Deve-se observar que o processo acima pode ser considerado um processo de fabricação, em que o ‘aditivo’ é o dito pelo menos um óxido. Esse tipo de processo é econômico, flexível e eficiente, segundo o qual, componentes de máquina de formato complexo podem ser facilmente produzidos a baixo custo. O uso de processos de fabricação aditiva seria altamente desejável para a produção de componentes de turbomáquina ou turbina a gás que devem satisfazer requerimentos rigorosos quanto à resistência mecânica sob intensas condições operacionais, tal como alta resistência de deslizamento em alta temperatura sob condições de fadiga, por exemplo.
[043] O processo acima permite um artigo que tem um formato complexo a ser fabricado camada-por-camada a partir de pós, que são localmente fundidos usando-se uma fonte de alimentação. Como dito, a fonte de alimentação preferencial é um laser, conforme o aparelho de DMLM da Figura 1. Fabricação de aditivo sob atmosfera controlada, por exemplo, com a utilização de gás inerte, e/ou sob condições de vácuo, previne alteração química.
[044] O processo preferencial desempenhado usando-se o aparelho de DMLM pode ser ilustrado como a seguir, com referência às Figuras 1 e 2.
[045] Uma primeira camada de pós misturados (pó 3, Figura 1) a partir de um recipiente de pó é distribuída em uma mesa móvel (plataforma de construção 4, Figura 1) movendo-se o recipiente de material de pó uma ou mais vezes ao longo da mesa móvel que é colocada na altura da superfície- alvo, por meio de, por exemplo, uma lâmina (lâmina 6, Figura 1). A espessura de camada de pó é, preferencialmente, inferior a 0,06 mm (60 mícrons), mais preferencialmente, inferior a 0,04 mm (40 mícrons). Prefere-se, particularmente, uma espessura de camada em torno de 0,02 mm.
[046] Uma vez que a primeira camada de pós misturados foi preparada (9, deposição (lâmina), Figura 2), a fonte de alimentação (laser 1 e feixe de laser 2, Figura 1) é ativada e controlada de modo a fundir, localmente, os pós (parte difundida 5, Figura 1) em uma porção desejada da camada, correspondente a seções transversais do produto final a ser fabricado. A fonte de alimentação tem uma potência de energia preferencialmente de 150 a 370 W, mais preferencialmente, em torno de 300 W.
[047] O espaçamento de varredura de fonte de energia é, preferencialmente, disposto a fim de fornecer sobreposição substancial de linhas de varredura adjacentes. Uma varredura de sobreposição pela fonte de energia possibilita redução de deformação por fadiga a ser fornecida pela varredura adjacente subsequente, e pode fornecer de modo eficaz um material tratado com aquecimento contínuo. O espaçamento de varredura de fonte de energia é preferencialmente inferior a 0,1 mm (100 mícrons), mais preferencialmente, inferior a 0,05 mm (50 mícrons). Prefere-se, particularmente, que o espaçamento de varredura seja em torno de 0,03 mm.
[048] Após difusão (10, difusão (laser), Figura 2), permite-se que o material resultante resfrie e solidifique. Os pós do lado de fora das delimitações das seções transversais do produto final a ser fabricado (7, modelo 3D, e 8, cortar, Figura 2), permanecem na forma de pó.
[049] Uma vez que a primeira camada tenha sido processada como descrito acima, a mesa móvel é rebaixada (11, plataforma de rebaixamento, Figura 2) e uma camada subsequente de pós misturados é distribuída em cima da primeira camada. A segunda camada de pós misturados é, por sua vez, seletivamente fundida e subsequentemente permitida a resfriar e solidificar. Difusão e solidificação são desempenhadas de tal modo que cada porção de camada aderirá à porção de camada previamente formada. O processo é gradualmente repetido, até o produto final inteiro ser formado, adicionando-se, subsequentemente, uma camada de pó misturado após a outra e difundindo-se e solidificando-se, seletivamente, as porções de camada correspondente às seções transversais subsequentes do produto final desejado, como mostrado de modo ilustrativo na Figura 2 (7, modelo 3D, e 8, cortar).
[050] Uma vez que o produto tenha sido concluído, os pós que não foram difundidos e solidificados podem ser removidos e, vantajosamente, reciclados.
[051] Deve-se observar que a etapa de difusão, preferencialmente por meio de DMLM, permite obter fusão dos pós ao invés de sinterização. Dessa maneira, é possível ter uma microestrutura mais homogênea e evitar deficiência de sinterização entre as partículas que resulta em uma fragilidade mecânica. Além disso, todos os benefícios associados à tecnologia de AM para a aplicação de turbina a gás são adquiridos: evita moldes dispendiosos, redução de curto, redução de tempo de execução, novo projeto. Por exemplo, a aplicação desses materiais compósitos com base em silicieto em componentes de passagem de gás quente (HGP) de turbina a gás permitirá o aumento de potência de turbina a gás e eficiência reduzindo-se ou evitando-se o resfriamento de componente. Isso é possível projetando-se partes não resfriadas (sem canais de resfriamento interno) respeitantes ao material descrito acima, que é um estimulador para aumentar a temperatura de metal de componente.
[052] Opcionalmente, a fim de reduzir, adicionalmente, a porosidade e aumentar a densidade do material final, o mesmo pode ser tratado, adicionalmente, por Processamento Isostático Quente, de preferência após tratamento de deformação por fadiga compressivo. O processamento Isostático Quente pode ser conduzido no material antes da remoção a partir da superfície de suporte.
[053] Adicionalmente, o processo também pode compreender uma etapa adicional de tratamento a quente de solução do material.
[054] Alternativamente, o processo para produção do material compósito com base em silicieto compreende as etapas de: z) fornecer pós de silicieto, Si3N4, e pelo menos um óxido, aa) misturar homogeneamente os pós, bb) repousar pelo menos uma primeira camada de pós misturados sobre uma superfície de suporte, cc) depositar gotículas de aglutinante na camada de pós misturados, e dd) permitir que os pós sequem usando-se uma fonte de aquecimento, portanto, obtendo o material compósito com base em silicieto.
[055] Em particular, as etapas c) a e) são desempenhadas por Jato de Aglutinante (BJ).
[056] Em realizações preferenciais, as ditas gotículas de aglutinante são gotículas de uma resina de dispersão de copolímero acrílico, policarbossilano, silicone ou uma mistura dos mesmos.
[057] O processo acima pode ser conduzido até que uma espessura e um formato desejado do material compósito com base em silicieto sejam alcançados. A este respeito, o processo pode compreender, adicionalmente, as etapas de: ee) repousar uma segunda camada de pós misturados no material compósito de silicieto obtidos na etapa e), sendo que a segunda camada pelo menos cobre, parcialmente, a superfície de material, ff) repetir as etapas c) e d), portanto, obtendo uma segunda camada do material compósito com base em silicieto, que adere ao material compósito com base em silicieto da etapa e), e opcionalmente gg) repetir as etapas f) e g) repousando-se uma terceira camada e camadas adicionais de pós misturados, até que uma espessura e um formato desejado do material compósito com base em silicieto sejam alcançados.
[058] Uma pós-fase de processamento pode ser, adicionalmente, desempenhada, sendo que a dita fase compreende as seguintes etapas: hh) curar o material compósito com base em silicieto a uma temperatura maior que 200 °C por pelo menos 2,5 h, ii) desaglutinar em uma alta temperatura, preferencialmente de 500 a 750 °C, em atmosfera inerte ou sob vácuo, jj) sinterizar em uma lata temperatura, preferencialmente de 1.500 a 1.700 °C, e em atmosfera inerte ou sob vácuo.
[059] A etapa i) é preferencialmente desempenhada em um forno de secagem.
[060] Na etapa k), a sinterização é desempenhada em uma temperatura em torno de 1.650 °C e sob vácuo.
[061] Opcionalmente, a fim de reduzir, adicionalmente, a porosidade e aumentar a densidade do material final, o mesmo pode ser tratado, adicionalmente, por Processamento Isostático Quente, de preferência após tratamento de deformação por fadiga compressivo. O processamento Isostático Quente pode ser conduzido no material antes da remoção a partir da superfície de suporte.
[062] Alternativamente, o material compósito com base em silicieto pode ser produzido por moldagem por injeção (IM).
[063] As terceiras realizações da presente invenção correspondem a um material compósito com base em silicieto obtenível pelos processos acima.
[064] Em geral, o material desse modo obtido mostra propriedades mecânicas, físicas e térmicas notavelmente aperfeiçoadas em relação às superligas convencionais.
[065] Em particular, um material compósito com base em silicieto obtenível pelos processos acima, compreende - um silicieto selecionado a partir do grupo que consiste em MoSi2, uma liga Mo-Si-B ou uma combinação dos mesmos, - Si3N4, e - pelo menos um óxido selecionado a partir do grupo que consiste em óxidos de ítrio, óxidos de cério e combinação dos mesmos, o dito material tem uma porosidade inferior a 0,5%, uma densidade de 4 a 5 g/cm3, uma estrutura de grão direcionalmente solidificada e um tamanho de grão médio de 50 a 150 μm.
[066] A dimensão máxima dos poros, mensurável por SEM, está abaixo de 100 μm.
[067] Em realizações preferenciais, o material tem um limite de resistência (UTS) maior que 700 MPa a 23 °C e maior que 550 MPa a 900 °C.
[068] Em outras realizações preferenciais, o material tem um módulo de Young (E) maior que 300 GPa a 23 °C e maior que 290 MPa a 900 °C.
[069] Em realizações preferenciais adicionais, o material tem um Valor Crítico de Fator de Intensidade de Tensão (Kc) maior que 5 MPa/m a 23 °C e maior que 10 MPa/m a 900 °C.
[070] Em realizações mais preferenciais, o material compreende α-Si3N4 e β-Si3N4, sendo que o último é acicular. Na verdade, o processo aditivo promove o crescimento de β-Si3N4 acicular; o pelo menos um óxido, preferencialmente na forma de grãos que têm tamanho médio < 50 μm, induz a deflexão de fenda, portanto esse tipo de microestrutura é desejável a fim de aumentar a dureza de fratura.
[071] A microestrutura resultante do material são partículas de silicieto e Si3N4 bem dispersas circundadas por uma fase de delimitação de grão. Nenhuma reação ocorre entre silicieto e Si3N4 e nenhuma fenda é detectada apesar da incompatibilidade de expansão térmica entre os dois compostos. Os óxidos são implantados em delimitações de grão que devem ser completamente amorfas.
[072] O β-Si3N4 acicular é desenvolvido e isso pode ser confirmado por medições de XRD.
[073] Em resumo, as microestruturas finais são compostas por grãos de Si3N4 (substancialmente arredondados na forma cristalográfica α e aciculares na β), por grãos de silicieto e por uma fase amorfa nas delimitações de grão que contêm os óxidos (ítrio e cério).
[074] Deve-se compreender que todos os aspectos identificados como preferenciais e vantajosos para o material compósito com base em silicieto devem também ser considerados como similarmente preferenciais e vantajosos aos processos respectivos de produção e ao material obtenível através dos mesmos.
[075] As quartas realizações da presente invenção correspondem a um componente de passagem de gás quente de turbina a gás (HGP), tais como uma pá, um bocal e um invólucro, feito do material acima.
[076] Deve-se compreender também que todas as combinações de aspectos preferenciais tanto do material compósito com base em silício, dos processos de produção e do material obtenível através dos mesmos quanto seus usos em aplicações de turbina a gás, como informado acima, devem ser considerados como revelado na presente invenção.
[077] Embora as realizações reveladas da invenção descrita no presente documento tenham sido completamente descritas acima com particularidade e detalhe em conexão com diversas realizações, será evidente a técnicos no assunto que muitas modificações, mudanças e omissões são possíveis sem se afastar materialmente dos ensinamentos inovadores, dos princípios e conceitos estabelecidos no presente documento e vantagens da invenção citada nas reivindicações anexas. Por isso, o escopo adequado da presente invenção deve ser determinado apenas com propósitos interpretativos mais amplos das reivindicações anexas, a fim de abranger todas essas modificações, mudanças e omissões. Além disso, a ordem ou sequência de quaisquer etapas de processo ou método pode ser variada ou ressequenciada de acordo com realizações alternativas.

Claims (13)

1. MATERIAL COMPÓSITO, com base em silicieto caracterizado por compreender: - um silicieto de Mo, B, W, Nb, Ta, Ti, Cr, Co, Y ou uma combinação dos mesmos, - 20 a 40% em peso de Si3N4, - 0,5 a 8% em peso de Y2O3, - 0,5 a 6% em peso de CeO2, - até 4% em peso de impurezas, sendo que as impurezas compreendem Al, C, Fe, Ca, O, N ou uma combinação dos mesmos.
2. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito silicieto ser selecionado a partir do grupo que consiste em MoSi2, Mo5SiB2, Mo3Si, Mo5SiB2, α-Mo-Mo5SiB2-Mo3Si, WSi2, NbSi2, TaSi2, TiSi2, CrSi2, CoSi2, YSi2, Mo5Si3, Ti5Si3 e combinações dos mesmos.
3. MATERIAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender: - 20 a 40% em peso de Si3N4, - 0,5 a 6% em peso de Y2O3, - 0,5 a 4% em peso de CeO2, - < 0,1% em peso de Al, - < 0,5% em peso de C, - < 0,1% em peso de Fe, - < 0,1% em peso de Ca, - < 1,5% em peso de O, - < 0,5% em peso de N, sendo que o restante é MoSi2.
4. MATERIAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por dito material ter uma porosidade inferior a 0,5%, uma densidade de 4 a 5 g/cm3, uma estrutura de grão direcionalmente solidificada e um tamanho de grão médio de 50 a 150 μm.
5. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo dito material ter um limite de resistência (UTS) maior que 700 MPa a 23 °C e maior que 550 MPa a 900 °C.
6. MATERIAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 5, caracterizado pelo dito material ter um módulo de Young (E) maior que 300 GPa a 23 °C e maior que 290 MPa a 900 °C.
7. MATERIAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo dito material ter um Valor Crítico de Fator de Intensidade de Tensão (Kc) maior que 5 MPa/m a 23 °C e maior que 10 MPa/m a 900 °C.
8. MATERIAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado pelo dito material compreender α-Si3N4 e β- Si3N4, em que o último é acicular.
9. COMPONENTE DE PASSAGEM DE GÁS QUENTE (HGP) de turbina a gás, sendo que o componente é caracterizado por ser uma pá, um bocal ou um invólucro, feito do material conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.
10. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO com base em silicieto, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo processo compreender as etapas de: i) fornecer pós (3) de silicieto, Si3N4, e pelo menos um óxido, ii) misturar homogeneamente os pós (3), iii) repousar (9) pelo menos uma primeira camada de pós (3) misturados sobre uma superfície de suporte, iv) difundir (10) pelo menos uma parte dos pós (3) ativando-se uma fonte de alimentação, sendo que dita fonte tem uma potência de energia de 150 a 1000 W, e v) permitir que os pós (3) difundidos resfriem e solidifiquem, portanto, obtendo o material compósito com base em silicieto.
11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela etapa iv) ser desempenhada por Difusão Direta de Metal por Laser (DMLM), Difusão Seletiva por Laser (SLM), Sinterização Seletiva por Laser (SLS), Formação de Metal por Laser (LMF) ou Difusão por Feixe de Elétron (EBM).
12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela etapa iv) ser desempenhada por Difusão Direta de Metal por Laser (DMLM), a uma potência de energia de 300 W.
13. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado por compreender, adicionalmente, as etapas de: vi) repousar uma segunda camada de pós misturados no material compósito de silicieto obtidos na etapa v), sendo que a segunda camada pelo menos cobre, parcialmente, a superfície de material, vii) repetir as etapas iv) e v), portanto, obtendo uma segunda camada do material compósito com base em silicieto, que adere ao material compósito com base em silicieto da etapa v), e opcionalmente viii) repetir as etapas vi) e vii) repousando-se uma terceira camada e camadas adicionais de pós (3) misturados, até que uma espessura e um formato desejado do material compósito com base em silicieto sejam alcançados.
BR112017024845-0A 2015-05-22 2016-05-19 Material compósito, componente de passagem de gás quente (hgp), processo para produção de material compósito BR112017024845B1 (pt)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102015000017234 2015-05-22
ITUB2015A000793A ITUB20150793A1 (it) 2015-05-22 2015-05-22 Materiale composito a base di siliciuro e processo per produrlo
PCT/EP2016/061272 WO2016188855A2 (en) 2015-05-22 2016-05-19 Silicide-based composite material and process for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112017024845A2 BR112017024845A2 (pt) 2018-08-07
BR112017024845B1 true BR112017024845B1 (pt) 2021-12-14

Family

ID=53719870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112017024845-0A BR112017024845B1 (pt) 2015-05-22 2016-05-19 Material compósito, componente de passagem de gás quente (hgp), processo para produção de material compósito

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11384027B2 (pt)
EP (1) EP3297825B1 (pt)
JP (2) JP2018522797A (pt)
KR (1) KR102579574B1 (pt)
CN (1) CN107531023B (pt)
BR (1) BR112017024845B1 (pt)
IT (1) ITUB20150793A1 (pt)
WO (1) WO2016188855A2 (pt)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102172394B1 (ko) 2018-11-30 2020-10-30 한국생산기술연구원 고온 내산화성이 향상된 Nb계 합금 제조 방법 및 Nb계 합금

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4825658A (en) * 1987-12-11 1989-05-02 General Electric Company Fuel nozzle with catalytic glow plug
CA2068979A1 (en) 1991-06-24 1992-12-25 Allan B. Rosenthal Silicon nitride ceramics containing a dispersed pentamolybdenum trisilicide base
US5304778A (en) * 1992-11-23 1994-04-19 Electrofuel Manufacturing Co. Glow plug with improved composite sintered silicon nitride ceramic heater
JPH07111760A (ja) * 1993-10-08 1995-04-25 Hitachi Ltd 珪化物系セラミックスを用いた整流子
DE19845532A1 (de) * 1998-10-02 2000-04-06 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung von Kompositwerkstoffen und Vertreter solcher Kompositwerkstoffe
JP2000128637A (ja) * 1998-10-29 2000-05-09 Kyocera Corp セラミックス発熱体
DE19952127C2 (de) * 1999-10-29 2001-10-18 Bosch Gmbh Robert Hochtemperaturbeständiger, mechanisch stabiler Temperaturfühler
WO2001045882A2 (en) 1999-11-16 2001-06-28 Triton Systems, Inc. Laser fabrication of discontinuously reinforced metal matrix composites
US6288000B1 (en) * 2000-02-09 2001-09-11 Ohio Aerospace Institute Pest resistant MoSi2-based materials containing in-situ grown β-Si3N4whiskers
JP2005221728A (ja) 2004-02-05 2005-08-18 Mitsubishi Paper Mills Ltd 電子写真用転写紙
DE102004033153B4 (de) * 2004-06-11 2007-03-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Glühkerze und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP4678592B2 (ja) 2005-10-21 2011-04-27 日立金属株式会社 連続鋳造装置
US8652981B2 (en) * 2010-01-21 2014-02-18 Ceradyne, Inc. Dense silicon nitride body having high strength, high Weibull modulus and high fracture toughness
JP5825962B2 (ja) * 2011-09-30 2015-12-02 京セラ株式会社 窒化珪素質焼結体およびこれを用いた溶湯金属用部材ならびに耐磨耗性部材
EP2989064A4 (en) * 2013-04-25 2017-01-11 United Technologies Corporation Additive manufacturing of ceramic turbine components by transient liquid phase bonding using metal or ceramic binders
JP6246511B2 (ja) 2013-07-03 2017-12-13 東芝ライフスタイル株式会社 電気掃除機
EP2865465B1 (en) 2013-09-27 2018-01-17 Ansaldo Energia IP UK Limited Method for manufacturing a metallic component by additive laser manufacturing

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016188855A3 (en) 2017-04-27
US20180346385A1 (en) 2018-12-06
KR20180016401A (ko) 2018-02-14
ITUB20150793A1 (it) 2016-11-22
BR112017024845A2 (pt) 2018-08-07
US11384027B2 (en) 2022-07-12
CN107531023A (zh) 2018-01-02
JP2018522797A (ja) 2018-08-16
CN107531023B (zh) 2020-12-01
KR102579574B1 (ko) 2023-09-15
JP2021035906A (ja) 2021-03-04
WO2016188855A2 (en) 2016-12-01
EP3297825B1 (en) 2022-04-13
EP3297825A2 (en) 2018-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Stereolithography-based additive manufacturing of lightweight and high-strength Cf/SiC ceramics
Shahzad et al. Preparation and indirect selective laser sintering of alumina/PA microspheres
Liu et al. Indirect selective laser sintering of epoxy resin-Al2O3 ceramic powders combined with cold isostatic pressing
CN103949646B (zh) 一种Nb-Si基超高温合金涡轮叶片的制备方法
JP6681923B2 (ja) モリブデン−ケイ素−ホウ素合金及びその製造方法、並びに構成要素
CA2948242C (en) Compositions for cores used in investment casting
Lu et al. Microstructure and mechanical properties of TiAl-based composites prepared by Stereolithography and gelcasting technologies
CN104140537A (zh) 一种杂化液态前驱体、制备方法及采用该前驱体制备ZrC-SiC超高温陶瓷及其复合材料的方法
Chen et al. Fabrication of complicated silicon carbide ceramic components using combined 3D printing with gelcasting
US8545938B2 (en) Method of fabricating a ceramic component
JP2016150873A (ja) セラミックス基複合材の製造方法
Bhandari et al. Ultra-rapid debinding and sintering of additively manufactured ceramics by ultrafast high-temperature sintering
BR112017024845B1 (pt) Material compósito, componente de passagem de gás quente (hgp), processo para produção de material compósito
CN104630663B (zh) 一种碳/碳-钼复合材料的制备方法
US20180312442A1 (en) Discrete solidification of melt infiltration
CN101851097A (zh) 一种用于微机电系统碳化硅陶瓷薄膜的制备方法
Zhou et al. Pressureless sintering and ablation behavior of PyC-Csf/ZrB2-SiC-ZrC ceramics doped with B4C
Pelanconi et al. High‐strength Si–SiC lattices prepared by powder bed fusion, infiltration‐pyrolysis, and reactive silicon infiltration
Waku et al. High temperature characteristics of unidirectionally solidified eutectic ceramic composites and some potential applications
US10364189B2 (en) Methods for forming ceramic cores
CN105669206B (zh) 多孔碳化硅陶瓷及其制备方法
Liu et al. High strength and high toughness Csf/SiC composites prepared by laser powder bed fusion/reactive melt infiltration with the impregnation of boron-and silicone-containing phenolic resin
JP2019076954A (ja) インベストメント鋳造用セラミックコア内の炭素繊維
JP2002292613A (ja) セラミック成形体の製造方法
US20210316473A1 (en) Apparatus and method for joining of carbide ceramics

Legal Events

Date Code Title Description
B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 19/05/2016, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.