RU1798339C - Высокопористый чеистый материал - Google Patents

Abstract

Назначение: изобретение относитс  к керамике, в частности к получению керамических изделий на основе карбида кремни , и может быть использовано дл  изготовлени  высокотемпературной изол ции, носителей катализаторов, а также фильтрующих элементов дл  расплавов чугуна, стали, меди и т.д. Сущность изобретени : предлагаемый ВПЯМ на основе карбида кремнм  имеет структуру, котора  характеризуетс  совокупностью макропор, составл ющих 80-95 об.% материала и разделенных структурными элементами, содержат 98-100 мас.% реакционно-спеченного карбида кремни , а также характеризуетс  наличием микропористости, образованной при реак- ционно.м спекании карбида кремни  и составл ющий 36,0-36,9 об.% структурных элементов. Предлагаемый материал на основе карбида кремни  имеет высокие показатели по жаро- и термостойкости. 1 табл,

Description

Изобретение относитс  к керамике, в частности к получению керамических изделий на основе карбида кремни , и может быть использовано дл  изготовлени  высокотемпературной изол ции,носителей катализаторов , а также фильтрующих элементов дл  расплавов чугуна, стали, меди и т.д.

Целью изобретени   вл етс  повышение прочности.

Это достигаетс  тем, что высокопористый  чеистый материал из содержащего

микропоры карбида кремни , включающий

80-95 об.% мэкропор, выполнен из реакционноспеченного карбида кремни  с содержанием основного вещества 98-100% и содержани  микропор в нем составл ет 36,0-36,9 об.%.

Предлагаемый материал образован карбидом кремни , самосв занным в процессе реакцио.нного спекани , за счет этого предлагаемый материал химически гомогенен и сохран ет характеристики, присущие карбиду кремни  как индивидуальному соединению , а именно прочность, жаростойкое г и т.д.

G

W

Микропористость в предлагаемом материале образуетс  в процессе реакционного спекани  карбида кремни , количество об- ; разовинной микропористости определ етс  количеством реакционноспеченного карби- да кремни . , :.. ;

Предлагаемое техническое решение .по сн етс  примером конкретного выполнени .. ; . ;.. ., ... . ; . . Высокопориртый  чеистый материал (ВШМ) из карбида кремни  получен методом реакционного спекани  по реакции: . : : ;/.;; .л .

Химическа  гомогенность предлагаемо гр материала достигаетс , прм использова- нм и в каче-ст ве исходных компонентов, соединений, способных или улетучиватьс  в: процессе термррбработки, или взаимодействовать между собой до образовани  карбида кремни  без каких-либо попутных

продуктов; ;,:;: г ; V..;; V ,..

Оптимальными исходными компонентами дл  ринтезэ предлагаемого материала  вл етс  вспомогательный. еетчато- че .истый. каркас - пёнополиурётан и наноси- :мэ   на негр eyCneHswav со:ста 1Ца  из дисперсного порошка кремни  и способной к обуглераживанию термореактивной смолы . : ;; v;.;-,.. . ; ;.. ;;ух -, . : / Макропориста  структура предлагаемо- го материала определ етс  структурой ис- пользуе мого пенополиуретана.

.. -Варьирование пористости зависит от количества суспензии, нанесенной неi пёнр- полиуретан. Оптимальна  макропористость предлагаемого: материала составл ет 80-95 рб.%. Снижение пористости менее 80:об.% создаетс  избыточным количеством наносимой суспензии;, что приводит к залеплива- нию макропор и тем самым, к нарушению структуры предлагаемого материала. При увеличении пористости выше 95 об.% нанесенной суспензии недостаточно дл  получе- ни  прочного материала.

Дл  обеспечени  химической гомоген- ности предлагаемого материала необходи- мр строго соблюдать стехирметрическое соотношение исходных компонентов используемой суспензии, т:е. количество углерода , полученного при термодеструкции смолы должно быть эквивалентно добавленному к смоле кремнию с учетом указанной реакции. В зкость суспензии варьируют добавлением растворител , например, этано- ла или ацетона. Оптимальна  в зкость суспензии дл  пропитывани  пенополиуретана составл ет 50-80 пуаз.

Заготовки пенополиуретана с нанесенной на него суспензией подвергают термообработке дл  деструкции смолы.и

пенополиуретана, а также синтеза карбида кремни . Термообработка включает следующие стадии:. . ; ;

полимеризаци ; проводима  на воздухе или в инертной атмосфере при Т50°С дл . отверждени  термореактивной смолы;

карбонизаци , проводима  в инертной или восстановительнрй атмосферах в интервале температур от 2QO до 10рО°С. На данной стадии происходит деструкци  термореактивной смолы и пенополиуретана с образованием углеродного остатка и летучих продуктов. ;,. : : , -. ;. ; : - : ;

Полученный на данной стадии материал представл ет собой сетчато-  чеистый углеродный каркас с включени ми из дисперсного порошка кремни ;.

высокотемпературна . обработка, проводима  в вакууме или инертной атмосфере при температурах 1600-18РО°С, На данной стадии происходит взаимодействие кремни  с углеродом и образование ВПЯМ на основе карбида кремни , : ,

Взаимодействие кремни  и углерода осуществл етс  в тонких пленках, образовавшихс  при нанесении суспензии йа пе- нополиуретан, что исключает возможность блокировки образовавшимс  карбидом кремни  отдельных участков кремни  и углерода и, следовательно, одновременное их присутствие в готовом материале.

Образование карбида кремни  из элементарных кремни  и углерода предполагает возникновение в материале микропористости , поскольку объем, занимаемый карбидом кремни , меньше суммы объёмов , занимаемых кремнием и углеродом . . ;,: -;; - . .. : . - ..- .

Следовательно, количество образованной микропористости будет соответствовать разности между объемами исходных компонентов и конечного продукта . Дл  материала, содержащего 100% реакционноспеченного карбида кремни , микропористость составл ет 36,9 об.%. Это максимальна  микропористость, котора  может образоватьс  при реакционном спекании карбида кремни , дальнейшее увеличение микропористости возможно за счет выгорающих добавок, что приводит к резкому снижению прочности материала. Уменьшение микропористости ниже 36,9 об.% наблюдаетс  при избыточном количестве одного из исходных компонентов, что св зано с присутствием в готовом материале свободного кремни  или углерода. Если микропористость составл ет менее 36,0 об.%, количество примесей в карбидркрем- ниевом материале превышает 2 вес.%. что, очередь, приводит к существенному

снижению термостойкости и жаростойкости предлагаемого материала.

Критерий оценки прочности предлагаемого материала по сравнению с аналогами и прототипом представлены в таблице.

Таким образом, высокопористый  чеистый материал, содержащий :более 98 май. % рейкционноспеченного карбидакремни , обладает характеристиками, присущими гомо- г е н н о м у кар б ид у к р е м н и  : в ы со ки ми жаростойкостью, прочностью, химической стойкостью, кроме того он приобретает р д свойств, св занных с особенност ми структуры Высокую термостойкость и высокую про0

;

ницаемрсть дл  газов и жидкостей. Наличие указанных свойств обуславливает применение предлагаемого материала в области высоких температур, в качестве фильтров, теплоизол ции и т. Ф о р м у л а и з о б ре т е н и   .:. .. Высокрпрристый  чеистый материал из. ; содержащегр микропо ы карбида кремни , включающий 80-95 об. макропор, о т л и ч ю щи и с   тем, что, с целью повышений прочности, он выполнен из реакционноспе- ченного карбида кремни  с содержанием основного вещества 98-100%, а содержание микропор в нем составл ет 36,0 36,9 об.%,