KR20230169966A - 실리콘이 침투된 반응 결합된 혼합 세라믹으로 이루어진 복합 성형체 - Google Patents

실리콘이 침투된 반응 결합된 혼합 세라믹으로 이루어진 복합 성형체 Download PDF

Info

Publication number
KR20230169966A
KR20230169966A KR1020237034228A KR20237034228A KR20230169966A KR 20230169966 A KR20230169966 A KR 20230169966A KR 1020237034228 A KR1020237034228 A KR 1020237034228A KR 20237034228 A KR20237034228 A KR 20237034228A KR 20230169966 A KR20230169966 A KR 20230169966A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
molded composite
composite body
less
silicon carbide
Prior art date
Application number
KR1020237034228A
Other languages
English (en)
Inventor
라스 슈네터
필립 깅터
클라라 미나스-파야마르
파비안 하인즈
Original Assignee
셩크 인제니어커라미크 게엠베하
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 셩크 인제니어커라미크 게엠베하 filed Critical 셩크 인제니어커라미크 게엠베하
Publication of KR20230169966A publication Critical patent/KR20230169966A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5093—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with elements other than metals or carbon
    • C04B41/5096—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/6263—Wet mixtures characterised by their solids loadings, i.e. the percentage of solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C04B35/6316—Binders based on silicon compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/457—Non-superficial impregnation or infiltration of the substrate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0414—Layered armour containing ceramic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3821—Boron carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/421—Boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6022—Injection moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6026—Computer aided shaping, e.g. rapid prototyping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6027—Slip casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/608—Green bodies or pre-forms with well-defined density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/616—Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C04B2235/728—Silicon content
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C04B2235/775—Products showing a density-gradient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94—Products characterised by their shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/365—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/704—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)

Abstract

반응 결합 실리콘 침투 혼합 세라믹의 성형 복합재 본체로서, 그 미세구조는 d50 > 100μm 및 < 500μm의 평균 입자 크기이며, 10 중량% 초과 및 50 중량% 미만의 분율인 결정질 B4C 입자(1)의 1차 입자에 의해, 그리고 d50 < 70μm이며 10 중량% 초과 및 50 중량% 미만의 분율인 미세 실리콘 카바이드의 1차 입자에 의해 결정되며, 1차 입자는 1 중량% 초과 및 20 중량% 미만의 유리 금속 실리콘(2)의 함량을 갖는 실리콘 카바이드 매트릭스에서 5 중량% 초과 및 25 중량% 미만의 분율인 2차로 형성된 실리콘 카바이드에 의해 실리콘화(3) 결합된다.

Description

실리콘이 침투된 반응 결합된 혼합 세라믹으로 이루어진 복합 성형체
본 발명은 용융된 실리콘이 침투된 반응 결합된 혼합 세라믹으로 만들어진 복합체에 관한 것이다.
사람, 차량 및 항공기 보호 재료 분야에서는 무게가 결정적인 역할을 한다. 이러한 이유로 특히 세라믹 복합 솔루션은 강 솔루션의 대안으로 사용된다. 강과 비교하여 이러한 솔루션은 전체 무게를 낮추고 탄도 발사체를 막을 수 있으므로 사용자의 착용감이 향상된다.
원칙적으로, 초점은 소결 형태의 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드 및 매트릭스에 금속 함량이 있는 반응 결합 재료에 있다. 여기서의 예는 반응 결합 SiC(RBSiC), 반응 결합 B4C(RB B4C) 및 이들 재료의 결합(RBSiC/B4C)이다. 실리콘 카바이드 및 특히 보록 카바이드는 가장 가벼운 보호 솔루션을 제공하지만, 이들은 비용도 가장 많이 든다. 이러한 이유로 이러한 재료는 개인 보호뿐만 아니라 항공기 보호 분야에서도 바람직하게 사용된다. 개인 보호/신체 보호, 특히 모놀리식(monolithic)(일체형 보호 요소)도 사용된다.
이러한 제품의 경우 소결 재료는 일반적으로 반응 결합 재료로 만든 것보다 가벼운 보호 요소를 제공하지만 대부분의 경우 반응 결합 재료는 더 나은 가격 대 성능 비율을 제공한다. 예를 들어, RB B4C는 NIJ4 및 경화된 강 코어를 갖는 탄약 유형과 같은 다양한 위험 등급에 대해 비례 RBSiC와 함께 성공적으로 사용될 수도 있다. 이들 재료는 유럽은 물론 한국과 같은 아시아 국가에서도 시장을 지배한다.
US 8,128,861 B1에는 WC/Co(텅스텐 카바이드-코발트)와 같은 경금속으로 만들어진 탄약에 대한 더 나은 보호가 특히 “차세대 SAPI 플레이트”에 필요하다는 것이 알려져 있다. 미국 방산 시장은 최대 규모인 만큼 효율적인 보호 재료에 대한 관심이 크다. 텅스텐 카바이드 코어가 있는 탄약에 대한 테스트에서 RB B4C 및 RBSiC는 물론 소결된 B4C도 일반적으로 성능이 좋지 않으며, 이는 소결된 실리콘 카바이드가 여기에서 주로 사용되었으며 지금까지 반응 결합 재료가 거의 사용되지 않은 이유이다.
소결된 B4C조차도 예를 들어 MRS Bulletin “High-Velocity Ballistic Impact with Boron Carbide Produces Localized Amorphization May 2011”에 설명된 바와 같이 관통 재료의 높은 경도와 보론 카바이드의 비정질화를 유발하는 높은 속도로 인해 이러한 유형의 탄약에 대해 성능이 좋지 않다. 이는 탄도 재료로서의 성능이 저하된다.
미국 시장에 일반적이고 WC 코어 없이 위협에 대해 자주 사용되는 RB B4C 재료는 예를 들어 WO 2005/079207 A2에 설명된다. 따라서 미국 시장에서 이용 가능한 일반적인 반응 결합 재료는 WC로 만든 소위 운동 에너지 총알에 대한 적합성이 부족하다.
또한, 사용된 대부분의 보호 재료는 US 6,609,452에 설명된 것과 같이 미세한 입자 크기를 갖는다. 선행 기술에 따르면, 이러한 재료는 더 나은 성능을 제공한다. JP 5914026 B2에도 반응 결합 보론 카바이드 재료를 설명하지만 보론 카바이드 분말의 경우 입자 크기가 40μm 미만이다.
또한, US 2013/0168905 A1에는 조대한 결정이 더 열악한 결정간 결합을 조건으로 하기 때문에 조대한 1차 결정이 더 열약한 탄도 성능을 초래한다는 것이 알려져 있다.
추가로, US 3,857,744에는 600 그릿 내지 120 그릿의 입자 크기를 사용하는 실리콘 침투 보론 카바이드가 알려져 있다. 따라서 일반적으로 110μm 미만의 입자 크기가 사용된다. 또한, 여기서 B4C 함량은 중량 기준으로 50%보다 훨씬 높다. 그러나 B4C 함량이 높으면 보론 카바이드의 비정질화가 일어나기 때문에 WC/Co 탄약에 비해 성능이 떨어지는 것으로 나타났다.
마지막으로, 미국 특허 US 2013/0168905 A1에는 원칙적으로 200μm에서 40μm 사이의 입자 크기가 사용될 수 있지만 특히 90μm보다 큰 입자가 스크리닝된다는 것이 알려져 있다. 또한, 50-60 중량%의 보론 카바이드를 갖는 재료가 설명되며, 이는 과거에 텅스텐 카바이드에 비해 불리한 것으로 나타났다.
따라서 본 발명의 목적은 최적화된 가격/성능 비율을 제공하여 중요한 텅스텐 카바이드 탄약에 대해서도 사용될 수 있는 반응 결합 SiC/B4C 재료로 만들어진 개선된 형상의 복합 본체를 제공하는 것이다.
이 목적은 제1항의 특징에 의해 달성된다.
결과적으로, 특히 탄도 보호용으로 사용하기 위한 Si, SiC 및 조대한 입자 B4C를 포함하는 금속 세라믹 복합 재료를 기반으로 하는 세라믹 본체가 제공된다. 재료 특성은 원료 배합, 선형 공정 및 실리콘화 공정에 의해 결정된다. 이렇게 제조된 성형 복합재 본체는 일반적으로 최적화된 밀도와 높은 경도를 가지며 특수한 미세구조로 인해 탄도 보호 용도에 특히 적합하다.
반응 결합된 실리콘 침투 혼합 셀라믹 재료의 경우 미세구조는 2차 실리콘 카바이드의 형성에 의해 영향을 받을 수 있다. 추가된 탄소의 유형과 양은 2차 실리콘 카바이드의 형성과 그에 따른 재료 강도를 결정하는 결합 브리지의 형성에 결정적이다. 용융된 실리콘이 다공성 성형체에 침투하는 실리콘화 과정은 기공 구조에 크게 영향을 받는다.
놀랍게도, 본 발명의 성형 복합체를 사용한 탄도 테스트에서, 1차 및 2차 SiC 분율로 구성된 미세 결정 SiC의 매트릭스에 내장되는 1차 결정 B4C > 100μm 및 B4C 분율 < 50 중량%인 반응 결합(RB) B4C에 의해 비교적 우수한 성능이 제공되는 것으로 밝혀졌다. 놀랍게도 큰 B4C 입자와 너무 크지 않은 함량이 결합되어 SiC 매트릭스가 안정화되면서 비정질화가 방지된다. B4C의 1차 결정의 선택된 크기는 또한 SiC 매트릭스를 갖는 안정화 효과를 갖는다. 이는 선행 기술에서는 아무런 표시도 없었던 재료 특성이다.
마지막으로, 첨가되는 탄소의 양을 조절함으로써 2차 실리콘 카바이드의 형성과 결과적으로 생성되는 결합 브리지에 영향을 줄 수 있다. 본 발명에 따르면, 바람직하게는 침투 동안 형성되는 더 적은 양의 SiC, 예를 들어 5 중량% 초과, 그리고 25 중량% 미만, 그리고 20 중량% 미만의 Si 함량이 유리한 것으로 나타났다. 따라서 재료는 그 자체로는 거의 변형되지 않는 세라믹에서 B4C 수준의 일종의 기능적 변형성을 형성하는 것으로 보인다.
Si 함량이 낮을뿐만 아니라 SiC 함량이 높을수록 유리할 수 있다. 특히 유리한 점은 중량당 남아있는 Si 함량이 15%미만이라는 것이다. B4C 함량이 30-40 중량%이고, 2차 SiC 함량이 15-25 중량%, Si 함량이 15 중량% 미만이고 B4C의 1차 입자 크기가 100μm 초과인 재료가 특히 바람직하다.
성형에는 모든 일반적인 공정이 사용될 수 있다. 신체 보호 플레이트와 같이 제한된 크기의 단순한 형상의 경우 주조, 특히 압력 슬립 주조가 가장 효율적인 제조 기술이다. B4C의 조대한 결정은 침전되는 경향이 있다는 점에 유의해야 한다. 이에 관계없이 침강에 안정적인 슬립이 생성될 수 있다.
특히 벽 두께가 10mm를 초과하고 치수가 매우 큰 경우 슬립 주조는 균열과 넓은 면적의 변형이 더 자주 발생하기 때문에 여기에서 한계에 도달한다. 이는 등방 프레싱(isostatic pressing)하는 동안 밀도 구배도 크기와 부피에 따라 증가하므로 등방 압축 재료에도 적용된다.
놀랍게도 분말 베드(powder bed) 기반 3D 프린팅은 초대형 부품에 적합한 제조 기술로 등장했다. 특히 본 발명에 따른 재료(미세 SiC와 결합된 조대한 B4C)의 경우 분말 베드 인쇄는 매우 효율적인 제조 방법이다. 특히 항공우주 분야에서는 좌석이나 대형 패널의 보호 부품과 같은 큰 치수가 필요하다.
한편으로 B4C의 조대한 결정은 인쇄 효율이 높다는 이점을 분명히 제공하며, 다른 한편으로 놀랍게도 이러한 방식으로 제조된 대형 부품은 주조, 다이 캐스팅 또는 등방 압착을 통해 제조된 제품보다 훨씬 더 균질하다는 것이 밝혀졌다. 등방 압착 및 후속 그린 가공과 비교할 때, 분말 베드 프린팅은 가공(그린 바디의 밀링)이 필요하지 않고 상당히 적은 양의 재료가 사용되므로 상당한 비용 이점을 제공한다.
예를 들어, 3D 분말 베드 프린팅을 사용하면 본 발명에 따른 성형된 복합재 본체로부터 좌석 쉘 및 등받이(backrest)와 같은 대형 부품을 제조할 수 있다. 거의 그물 형상에 가까운 접근 방식으로 인해 이러한 부품은 재료 절약뿐만 아니라 실제로 필요한 곳에서만 재료를 사용해야하기 때문에 추가적인 무게 절감의 기회도 제공한다.
이러한 방식으로 제조된 보호 패널은 1m2 이상의 치수를 쉽게 가정할 수 있으므로 차량 또는 항공기의 도어, 뒷문, 바닥 요소 및 다른 구조적 부품과 같은 전체 보호 요소를 단일 구조로 제조될 수 있다. 큰 요소는 통합을 촉진하고 포격의 약점이 될 수 있는 조인트를 방지한다. 따라서 삼중점(탄도 타일의 세 모서리가 만나는 지점)에서는 탄도 성능이 최대 30%까지 감소하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 3D 프린팅으로 인한 재료의 높은 균질성으로 인해 200×200×200 mm3초과의 포락 부피(envelope volume) 또는 500×500 mm2초과의 큰 영역을 갖는 큰 부품이 문제없이 구현될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예는 다음의 설명과 종속항에서 찾을 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 미세구조의 단면을 개략적으로 도시한다.
본 발명은 반응 결합된 실리콘 침투 혼합 세라믹으로 구성된 성형 복합재 본체에 관한 것이며, 그 미세구조는 평균 입자 크기 d50 > 100μm 및 < 500μm 그리고 10 중량% 초과 50 중량% 미만의 함량인 결정질 B4C 입자의 1차 입자에 의해 결정된다. 미세구조는 d50 > 70μm 그리고 10 중량% 초과 50 중량% 미만의 함량인 실리콘 카바이드의 1차 입자에 의해 추가로 결정된다. 1차 입자는 1 중량% 초과 20 중량% 미만의 유리(free) 금속 실리콘의 함량을 갖는 실리콘 카바이드 매트릭스에서 5 중량% 초과 25 중량% 미만의 함량을 갖는 2차로 형성되는 실리콘 카바이드에 의해 실리콘화(silicized) 결합된다. 도 1은 본 발명에 따른 미세구조의 예를 도시한다. 중량% 수치는 중량에 의한 백분율이다. 함량은 입자의 비율 및/또는 분율을 나타낸다.
따라서 본 발명은 B4C 함량이 50 중량% 미만이고 보론 카바이드의 평균 입자 크기(d50)가 100μm이고, 2차 SiC 함량이 25 중량% 미만이고 금속 Si 함량이 20 중량% 미만인 반응 결합 SiC/B4C에 관한 것이다.
바람직하게는, 2차 SiC 함량은 15 중량% 내지 25 중량%이다. 이에 따라 1차 결정 B4C 및 SiC에 대한 안정적인 지지 매트릭스가 생성될 수 있으며 이에 따라 예를 들어 발사체에 대한 저항이 강화될 수 있다.
B4C 함량이 30 중량% 내지 40 중량%이고, Si 함량이 15 중량% 미만이고 B4C의 1차 입자 크기가 200μm 초과인 성형 복합재 본체가 특히 바람직하다.
실리콘 카바이드에 포함된 1차 입자가 d50 < 40μm, 더욱 특히 < 10μm인 것이 더욱 특히 바람직하다. 밀도 구배는 2% 미만일 수 있다. 성형 복합재 본체는 0.05 중량% 초과 5% 중량% 미만의 양으로 금속 실리콘 내에 용해된 보론을 더 포함할 수 있다.
도 1의 미세구조는 1차 입자(1), 유리 금속 실리콘(2) 및 미세한 1차 및 2차 실리콘 카바이드의 침투 복합물(3)로서 B4C 함량을 도시한다.
성형 복합재 본체는 SiC/B4C 입자와 콜로이드 탄소 및 유기 보조 물질을 포함하는 슬립의 제조를 포함하는 압력 슬립 주조를 통해 제조될 수 있다. 생성된 그린 바디는 액체 실리콘과 접촉되고 1500℃-1700℃ 사이의 온도에서 침투된다. 이 과정에서 실리콘은 탄소와 반응하여 2차 SiC를 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 형상화는 3D 프린팅에 의해 이루어지며, 이는 항공우주 응용 분야를 위한 좌석 쉘 및 등받이와 같은 복잡한 제품의 실현을 허용하기 때문이다. 이러한 방식으로 제조된 세라믹은 탄소 섬유, 유리 섬유 및/또는 금속뿐만 아니라 폴리머(PE, 아라미드 등)와 결합하여 WC/Co 탄약, 특히 M993 및 M995 탄약 유형에 대해 특히 효율적인 보호를 제공한다.
본 발명의 추가 목적은 탄도 보호로서 성형 복합재 본체를 사용하는 것이다. 이를 위해, 성형 복합재 본체는 바람직하게는 백킹 재료의 하나 이상의 층으로 코팅된다. 예를 들어, 백킹 재료의 적어도 한 층은 본 발명에 따른 혼합 세라믹으로 압축될 수 있다. 백킹 재료는 추가로 바람직하게는 하나 이상의 플라스틱, 예를 들어 폴리에틸렌, 아라미드 등, 탄소 섬유, 유리 섬유, 금속, 예를 들어 알루미늄, 강 등의 여러 층, 이들 재료의 조합 및/또는 접착 재료, 예를 들어 접착 포일로 형성될 수 있다.
다양한 적용예가 아래에 설명된다:
1. 본 발명에 따른 성형 복합재 본체로부터 신체 보호 플레이트를 제조하는 목적으로 압력 슬립 주조가 사용된다. 먼저, 10 중량%의 함량에서 평균 입자 크기가 1μm 미만인 콜로이드 탄소, 50 중량%의 함량에서 5-10μm 평균 입자 크기를 갖는 미세 입자 실리콘 카바이드 및 40 중량%의 함량에서 120μm 평균 입자 크기를 갖는 조대 입자 B4C로 구성되는 수성 현탁액이 제조된다. 이를 위해 고형물 중량 100% 당 물 18 중량%, 유기 보조 물질(습윤제, 유동화 보조제, 결합제) 1 중량%가 고려된다. 그 다음 폴리메틸 메타크릴레이트를 기반으로 다공성 플라스틱 몰드를 사용하여 40bar의 슬립 압력에서 다이 캐스팅 기계로 슬립을 주조하여 350×275×9mm 치수를 갖는 다중 곡선 플레이트를 형성한다. 이렇게 형성된 파편(shard)은 순환 공기 건조 챔버에서 건조되고 반응 소성을 통해 본질적으로 SiC 및 B4C뿐만 아니라 유리 Si로 구성된 반응 결합 복합 재료를 기반으로 하는 세라믹 플레이트로 변환된다. 생성된 성형 복합재 본체는 탄도체 보호 조끼의 모놀리식 삽입물로 사용될 수 있는 신체 보호 플레이트를 형성한다. 이를 위해, 성형 복합재 본체는 예를 들어 31 중량%를 갖는 조대 입자 B4C, 41 중량%의 함량을 갖는 미세 입자 1차 SiC, 17 중량%의 함량을 갖는 미세 입자 2차 SiC 및 11 중량%의 함량을 갖는 유리 금속 실리콘을 포함하는 획득된 재료로 구성된다.
2. 일축 프레스 성형이 사용되는 본 발명에 따른 복합 성형재 본체로부터의 차량 보호 패널의 제조, 우선, 실시예 1에 설명된 조성에 따라 수성 현탁액을 제조하고, 분무 건조 공정을 통해 프레스 과립으로 추가 가공된다. 유기 보조제의 조성만 조정되고 프레싱 보조제가 추가된다. 그 다음 과립을 사각 경질 금속 몰드에 채우고 1700bar의 압력에서 압축한다. 이렇게 얻은 블랭크는 반응 소성되어 SiC 및 B4C뿐만 아니라 유리 Si로 실질적으로 구성되는 반응 결합된 복합 재료에 기초하여 세라믹 플레이트를 생성하며, 후자의 에지의 길이는 50mm이며 벽 두께는 9mm이다. 이렇게 획득된 성형 복합재 본체는 차량 보호 시 넓은 영역의 효율적인 라이닝에 사용될 수 있는 다각형 보호 플레이트를 형성한다.
3. 3D 프린팅 공정이 사용되는 본 발명에 따른 성형 복합재 본체로부터의 헬멧의 제조. 형상은 70 중량%의 SiC 및 30 중량%의 B4C의 혼합비로 SiC 및 B4C로 구성된 형상 없는 입자로 층별로 구성되며, B4C 분말은 예를 들어 100/F라는 명칭으로 산업용 내화 세라믹에서 알려진 입자 크기 분포에 기초하여 d10 = 75μm, d50 = 115μm 및 d90 = 160μm의 특성 값을 갖는다. 미세 입자 SiC 분말은 예를 들어 F180이라는 명칭으로 산업 평가 입자로 알려진 입자 크기 분포에 기초하여 평균 입자 크기 d50 = 65μm을 갖는다. 잉크젯 프린트 헤드를 통해 적용되는 유기 결합제, 바람직하게는 푸란 수지를 적하하여 기본으로 사용되는 CAD 모델에 의해 지정된 위치에서 입자의 선택적인 통합이 발생한다. 여기에 사용된 CAD 모델은 최종 부품 형상에 대응하며 복잡한 형상의 구조를 생성할 수 있다. 이 두 하위 단계에 이어서 구성 평면은 미리 정의된 층 두께(이 경우 300μm)만큼 낮아진다. 이 일련의 단계는 CAD 모델의 층별 구성이 완료될 때까지 반복적으로 반복된다. 이러한 방식으로 얻은 복합 성형 프리 바디는 45 부피%의 다공도를 가지며 콜로이드 탄소 30 중량%와 분산조제(dispersing aid), 습윤제로 이루어진 수분산액(aqueous dispersion)을 침투시킨다. 제1 함침 공정 후에, 복합 성형 세라믹 프리폼은 원래의 SiC-B4C 분말 혼합물 87 중량% 및 콜로이드 탄소 13 중량%로 구성되는 이러한 방식으로 얻어진다. 건조 공정 및 가능한 제2 함침 단계 후에, 이 비율은 79/21 중량%로 변경되고, 가능한 제3 함침 단계 후에는 76/24 중량%로 변경된다. 최종 건조 공정 후, 이러한 방식으로 얻은 복합 성형 프리폼은 반응 소성을 통해 기본적으로 SiC 및 B4C에 더해 유리 Si로 구성된 반응 결합 복합 재료를 기반으로 하는 세라믹 본체로 변환된다. 이렇게 얻은 재료는 예를 들어 15 중량%의 함량을 갖는 조대 입자 B4C, 45 중량%의 함량을 갖는 미세 입자 1차 SiC, 24 중량%의 함량을 갖는 미세 입자 2차 SiC 및 15 중량%의 함량을 갖는 유리 금속 Si로 구성된다. 이러한 방식으로 얻은 복합 성형 프리폼은 머리 보호용 탄도 헬멧의 기본 요소로 사용될 수 있으며, 여기에 설명된 3D 프린팅 프로세스를 통해 제조하면 인체공학적이고 잠재적으로 개별화된 헬멧 형상을 생성할 수 있다.
4. 3D 프린팅에 의해 본 발명에 따른 성형 복합재 본체로부터의 좌석 쉘의 제조. 이전에 설명한 예에서 설명한 바와 같이, 분말 베드 기반 3D 프린팅 공정이 수행되며, 이 경우 혼합 비율은 SiC 60 중량%, B4C 40 중량%이다. 이로 인해 소성된 부품의 결과적인 밀도가 감소하며, 이는 이러한 재료 구성의 제조가 항공우주 섹터에 특히 적합한 이유이다. 이러한 방식으로 얻은 재료는 예를 들어 21 중량% 함량을 갖는 조대 입자 B4C, 40 중량% 함량을 갖는 미세 입자 1차 SiC, 24 중량% 함량을 갖는 미세 입자 2차 SiC 및 15 중량% 함량을 갖는 유리 금속 실리콘으로 구성된다. 이 실시예에서, 적절한 CAD 모델을 사용하여 헬리콥터와 같은 다양한 항공기에 사용하기 위해 중량 최적화된 좌석 쉘을 이러한 방식으로 얻을 수 있다. 이렇게 제조된 좌석 쉘은 크기가 약 300×300mm이고 9mm의 벽 두께, 200mm의 높이를 가지며 인체공학적인 형상이다. 관련 등받이는 길이 500mm, 폭 300mm 및 높이 100mm이며, 마찬가지로 인체공학적인 형상이다. 이러한 대형 부품은 균열 없이 제조될 수 있다. 절삭 공정을 통한 가공은 더 이상 필요하지 않다.
5. 3D 프린팅을 통해 본 발명에 따른 성형 복합재 본체로부터의 항공우주 보호 패널의 제조. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 성형 복합재 본체를 제조하기 위해 분말 베드 기반 3D 프린팅 공정이 사용되며, 이 경우 혼합 비율은 50 중량% SiC 및 50 중량% B4C이다. 이러한 방식으로 얻은 재료는 예를 들어 26 중량% 함량을 갖는 조대 입자 B4C, 35 중량% 함랑을 갖는 미세 입자 1차 SiC, 24 중량% 함량을 갖는 미세 입자 2차 SiC 및 15 중량% 함량을 갖는 유리 금속 실리콘으로 구성된다. 이는 소성된 부품의 결과적인 밀도를 더 감소시키며, 이는 이러한 재료 구성의 제조가 항공우주 섹터, 특히 항공우주 보호 패널과 같은 대용량 요소에 특히 적합한 이유이다. 이러한 방식으로 제조된 측면 요소는 예를 들어 1200mm×800mm×9mm의 치수를 갖는다.
6. 백킹은 예를 들어 바람직하게는 27층의 폴리에틸렌, 바람직하게는 8층의 탄소 섬유를 가지며, 예를 들어 단위 면적당 중량은 385g이며, 예를 들어 240mm×305mm×9.1mm, 1790g 형식의 실리콘이 침투된 혼합 세라믹을 포함하며, 단위 면적당 중량이 2075g/700cm2 = 33.5kg/m2인 본 발명에 따른 성형 복합재 본체로부터 특히 텅스텐 카바이드 코어를 갖는 탄약 시스템에 대한 탄도 보호의 제조. 혼합 세라믹과 백킹은 온도와 압력 하에 바람직하게는 오토클레이브에서 함께 압축될 수 있다. 그 결과 텅스텐 카바이드 코어를 갖는 5.56×45 M995 1발에 대한 탄도 보호가 이루어진다. 이러한 측면에서 보호는 테스트에서 후면 변형이 39mm인 총알이 관통하지 않는다는 것을 의미한다. 일반적으로, 백킹은 아라미드 섬유 적층체, 폴리에틸렌(PE), 탄소 섬유 적층체, 유리 섬유 적층체 및/또는 이들의 혼합물로 제조될 수 있다. 또한, 백킹은 바람직하게는 혼합 세라믹의 일 측 또는 양 측에 부착될 수 있다. 일반적으로 말해서, 텅스텐 카바이드 코어가 있는 M995의 1샷은 32kg/m2 미만의 기본 중량에서 바람직하게는 정지될 수 있다.
7. 백킹은 예를 들어 바람직하게는 39층의 폴리에틸렌, 바람직하게는 8층의 탄소 섬유를 가지며, 예를 들어 단위 면적당 중량은 550g이며, 예를 들어 240mm×305mm×9.1mm, 1792g 형식의 실리콘이 침투된 혼합 세라믹을 포함하며, 단위 면적당 중량이 2342g/700cm2 = 33.5kg/m2인 본 발명에 따른 성형 복합재 본체로부터 특히 텅스텐 카바이드 코어를 갖는 탄약 시스템에 대한 탄도 보호의 제조. 혼합 세라믹과 백킹은 온도와 압력 하에 바람직하게는 오토클레이브에서 함께 압축될 수 있다. 그 결과 텅스텐 카바이드 코어를 갖는 5.56×45 M995 2발에 대한 탄도 보호가 이루어진다. 이러한 측면에서 보호는 테스트에서 후면 변형이 첫번째 발에서 29mm 두번째 발에서 37mm인 총알이 관통하지 않는다는 것을 의미한다. 일반적으로, 백킹은 아라미드 섬유 적층체, 폴리에틸렌(PE), 탄소 섬유 적층체, 유리 섬유 적층체 및/또는 이들의 혼합물로 제조될 수 있다. 또한, 백킹은 또한 바람직하게는 혼합 세라믹의 일 측 또는 양 측에 부착될 수 있다. 일반적으로, 따라서 텅스텐 카바이드 코어가 있는 M995의 2샷은 바람직하게는 40kg/m2 미만의 기본 중량에서 바람직하게는 정지될 수 있다.

Claims (14)

  1. 반응 결합 실리콘 침투 혼합 세라믹의 성형 복합재 본체로서,
    그 미세구조는 d50 > 100μm 및 < 500μm의 평균 입자 크기이며, 10 중량% 초과 및 50 중량% 미만의 분율인 결정질 B4C 입자(1)의 1차 입자에 의해, 그리고 d50 < 70μm이며 10 중량% 초과 및 50 중량% 미만의 분율인 미세 실리콘 카바이드의 1차 입자에 의해 결정되며, 1차 입자는 1 중량% 초과 및 20 중량% 미만의 유리 금속 실리콘(2)의 함량을 갖는 실리콘 카바이드 매트릭스에서 5 중량% 초과 및 25 중량% 미만의 분율인 2차로 형성된 실리콘 카바이드에 의해 실리콘화(3) 결합되는,
    성형 복합재 본체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 입자는 15 중량% 초과 및 25 중량% 미만의 분율을 갖는 2차로 형성된 실리콘 카바이드에 의해 실리콘화 결합되는,
    성형 복합재 본체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    포함된 상기 1차 입자는 d50 < 40μm, 더욱 특히 < 10μm인 실리콘 카바이드인,
    성형 복합재 본체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    밀도 구배는 2 중량% 미만인,
    성형 복합재 본체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    용해된 보론은 0.05 중량% 초과 5 중량% 미만의 비율로 유리 금속 실리콘(2) 내에 포함되는,
    성형 복합재 본체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    성형은 슬립 주조, 압력 주조, 단축 프레싱(uniaxial pressing), 등방 프레싱(isostatic pressing), 스탬핑 또는 수동 분말 압축에 의해 수행될 수 있는,
    성형 복합재 본체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    성형은 분말 베드 3D 프린팅 프로세스를 통해 수행될 수 있는,
    성형 복합재 본체.
  8. 제7항에 있어서,
    SiC 및 B4C의 혼합물은 분말 베드 프린팅에 의해 결합제에 의해 형성되어 3차원 부품을 제공하고 후속적으로 실리콘화되는,
    성형 복합재 본체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    성형은 플레이트 형태로 일어나는,
    성형 복합재 본체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    성형은 200×200×200mm 초과의 포락 부피(envelope volume)로 수행되는,
    성형 복합재 본체.
  11. 탄도 보호로서의 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 성형 복합재 본체의 용도로서,
    하나 이상의 층으로 구성되는 백킹 재료가 제공되며, 이는 탄약 시스템의 한 발 또는 여러 발에 대해 선택가능한 탄도 보호를 위해 32kg/m2 미만 또는 40kg/m2 미만의 기본 중량으로 혼합 세라믹으로 압축되는,
    성형 복합재 본체의 용도.
  12. 제11항에 있어서,
    백킹 재료는 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드를 함유하는 탄약에 대해 보호하도록 설계되는,
    성형 복합재 본체의 용도.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    백킹 재료는 하나 이상의 플라스틱, 보다 특히 폴리에틸렌 또는 아라미드, 탄소 섬유, 유리 섬유, 금속 및/또는 이들 재료의 조합 및/또는 결합 재료, 보다 특히 접착 포일의 적어도 하나의 층으로 만들어지는,
    성형 복합재 본체의 용도.
  14. 제11항 또는 제13항에 있어서,
    성형은 신체 보호 패널, 좌석 쉘, 등받이 및 이들의 조합 및 항공우주 보호 패널을 제조하기 위해 제공되는,
    성형 복합재 본체의 용도.
KR1020237034228A 2021-04-16 2021-04-16 실리콘이 침투된 반응 결합된 혼합 세라믹으로 이루어진 복합 성형체 KR20230169966A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2021/059908 WO2022218540A1 (de) 2021-04-16 2021-04-16 Verbundformkörper aus einer reaktionsgebundenen, mit silizium infiltrierten mischkeramik

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230169966A true KR20230169966A (ko) 2023-12-18

Family

ID=75690260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237034228A KR20230169966A (ko) 2021-04-16 2021-04-16 실리콘이 침투된 반응 결합된 혼합 세라믹으로 이루어진 복합 성형체

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20240158311A1 (ko)
EP (2) EP4323326A1 (ko)
JP (1) JP2024516957A (ko)
KR (1) KR20230169966A (ko)
AU (1) AU2021440327A1 (ko)
CA (1) CA3214362A1 (ko)
DE (1) DE112021007519A5 (ko)
IL (1) IL307727A (ko)
WO (1) WO2022218540A1 (ko)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3765300A (en) * 1967-05-22 1973-10-16 Carborundum Co Dense carbide composite for armor and abrasives
US3857744A (en) 1970-01-19 1974-12-31 Coors Porcelain Co Method for manufacturing composite articles containing boron carbide
JPS5914026B2 (ja) 1976-02-27 1984-04-02 ヘキスト・アクチ−エンゲゼルシヤフト ２−カルボアルコキシアミノ−ベンズイミダゾリル−５（６）−スルホン酸−フェニルエステル化合物
EP0372708A1 (en) * 1988-11-10 1990-06-13 United Kingdom Atomic Energy Authority A method of producing a silicon carbide-based body
US6609452B1 (en) 2000-01-11 2003-08-26 M Cubed Technologies, Inc. Silicon carbide armor bodies, and methods for making same
US8128861B1 (en) 2000-07-21 2012-03-06 M Cubed Technologies, Inc. Composite materials and methods for making same
JP4945245B2 (ja) 2003-11-25 2012-06-06 エム キューブド テクノロジーズ， インコーポレイテッド 炭化ホウ素複合体およびその製造方法
US20110009255A1 (en) 2005-12-22 2011-01-13 Coorstek, Inc. Boron-silicon-carbon ceramic materials and method of making
EP2289860A4 (en) * 2008-04-04 2011-11-30 Toto Ltd COMPOSITE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
DE102017217321A1 (de) * 2017-09-28 2019-03-28 Sgl Carbon Se Keramisches Bauteil
US11364654B2 (en) * 2018-12-17 2022-06-21 Ut-Battelle, Llc Indirect additive manufacturing process for producing SiC—B4C—Si composites

Also Published As

Publication number Publication date
US20240158311A1 (en) 2024-05-16
WO2022218540A1 (de) 2022-10-20
JP2024516957A (ja) 2024-04-18
CA3214362A1 (en) 2022-10-20
IL307727A (en) 2023-12-01
DE112021007519A5 (de) 2024-04-04
EP4074676A1 (de) 2022-10-19
EP4323326A1 (de) 2024-02-21
AU2021440327A1 (en) 2023-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kota et al. Review on development of metal/ceramic interpenetrating phase composites and critical analysis of their properties
US6635357B2 (en) Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same
US6609452B1 (en) Silicon carbide armor bodies, and methods for making same
US7104177B1 (en) Ceramic-rich composite armor, and methods for making same
US9695089B2 (en) Method for the production of shaped articles from reaction-bonded, silicon-infiltrated silicon carbide and/or boron carbide and thus produced shaped body
Janssen et al. Tailor-made ceramic-based components—Advantages by reactive processing and advanced shaping techniques
CN107141004B (zh) 一种碳化硼复合材料及其制备方法
US3649342A (en) Product for fabrication of dense ceramic armorplate and like
KR20230118596A (ko) 구조적 보강을 갖는 계층적 복합 마모 부품
JP3310013B2 (ja) チップ形成機械加工用インサート及びその製造方法
Nazari et al. Advanced manufacturing methods for ceramic and bioinspired ceramic composites: A review
KR20230169966A (ko) 실리콘이 침투된 반응 결합된 혼합 세라믹으로 이루어진 복합 성형체
Cima et al. Structural ceramic components by 3D printing
RU2621241C1 (ru) Наноструктурированный композиционный материал на основе карбида бора и способ его получения
JP5601833B2 (ja) 金属−セラミックス複合材料の製造方法
CN114874012B (zh) 一种高强度复相陶瓷部件及其制备方法
Heidenreich et al. Biomorphic Sisic‐Materials for Lightweight Armour
JP5146895B2 (ja) 保護部材の製造方法および装置の製造方法
US7288222B2 (en) Method of producing a carbide sintered compact
KR101935386B1 (ko) 가압 함침용 강화재 예비성형체의 부유 방지 방법 및 부유 방지용 몰드
JPH0625775A (ja) 傾斜機能材料の製造方法
Bandyopadhyay et al. Mechanical properties of interconnected phase alumina-Al composites 24
JP2000046078A (ja) ブレーキパッド用バッキングプレート及びその製造方 法
JP2011136845A (ja) プリフォーム及び金属−セラミックス複合材料
JP3825347B2 (ja) 複合構造体