RU2165910C2 - Способ получения композиционного материала - Google Patents
Способ получения композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165910C2 RU2165910C2 RU99107832A RU99107832A RU2165910C2 RU 2165910 C2 RU2165910 C2 RU 2165910C2 RU 99107832 A RU99107832 A RU 99107832A RU 99107832 A RU99107832 A RU 99107832A RU 2165910 C2 RU2165910 C2 RU 2165910C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- resistance
- composite material
- porous
- impregnation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к керамическим технологиям, а именно к получению керамических композиционных материалов, и предназначено для изготовления материалов с повышенными твердостью и стойкостью к абразивному износу. Заявляемый способ обеспечивает повышение абразивостойкости материала. Заявляемый способ получения композиционного материала, включающий изготовление пористого каркаса из карбида кремния и последующую пропитку керамическим расплавом сложного оксида, отличается тем, что пористый каркас изготавливают на связке из реакционно-спеченного нитрида кремния при следующем соотношении компонентов в исходной шихте, мас.%: кремний 20-70, тугоплавкое неоксидное соединение 30-80. Высокая твердость, износостойкость и стойкость к термоударам полученного материала может обеспечить работоспособность деталей и узлов аппаратов, работающих в тяжелых условиях: абразивного износа, высоких температур, резких теплосмен, агрессивной среды. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области керамических технологий, а именно к получению керамических композиционных материалов, и предназначено для изготовления материалов с повышенными твердостью и стойкостью к абразивному износу.
Известен способ получения материалов из реакционно спеченного нитрида кремния (РСНК), заключающийся в формовании изделий из порошка кремния прессованием или шликерным литьем и последующей термической обработке в атмосфере азота при температурах 1200-1600oC [1].
Материалы, получаемые данным способом, обладают невысокой абразивостойкостью, так как имеют пористость порядка 20-30%.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения композиционного материала, состоящий в формовании пористой заготовки из порошка карбида кремния и последующей пропитке пористой заготовки керамическими расплавами с температурой плавления 1400 - 1600oC [2]. Для пропитки использовали метасиликат кальция CaSiO3, SrSiO3, Sr полевой шпат, порошки карбида кремния брали с размером частиц 2-5 мкм. Пористость заготовки под пропитку составляла 50%, для пропитки печи заполняли CO, Ar или смесью этих газов.
Недостатком этого способа является то, что в процессе пропитки происходит реакция карбида кремния с оксидами с выделением газа CO и в результате чего формируется структура с низкой прочностью сцепления между оксидными и карбидными составляющими. Исходный пористый каркас из частиц карбида кремния непрочен, поскольку используется в неспеченном состоянии, когда нет прочной связи между частицами порошка, что отрицательно сказывается на абразивостойкости материала. Кроме того, заготовки из порошка SiC склонны к растрескиванию при нагреве под пропитку вследствие их низкой прочности.
Предлагаемый способ обеспечивает повышение абразивостойкости материала.
Заявляемый способ получения композиционного материала, включающий изготовление пористого каркаса из карбида кремния и последующую пропитку керамическим расплавом сложного оксида, отличается тем, что пористый каркас изготавливают на связке из реакционно спеченного нитрида кремния из шихты следующего состава, мас.%: кремний 20-70, карбид кремния 30-80.
В результате реакционного спекания получают пористый композиционный материал из матрицы нитрида кремния и включений карбида кремния. Составляющие карбида кремния и нитрида кремния имеют близкие коэффициенты термического расширения и близки по свойствам, это обеспечит образование прочных когезивных связей.
Так, при использовании добавки карбида кремния в кремниевую шихту образуется прочный связный пористый каркас с пористостью 26-30%. Пропитку оксидным расплавом проводят для повышения износостойкости каркаса, при этом происходит взаимодействие расплава с нитридной матрицей, возможно растворение нитрида в расплаве и диффузионное проникновение атомов оксидов в решетку нитрида кремния. Прямые контакты SiC с оксидным расплавом при пропитке в заявляемом способе происходит реже, чем в способе-прототипе. Благодаря этому обеспечивается высокая износостойкость материала при взаимодействии с абразивом.
Изобретение поясняется следующими примерами конкретного исполнения.
Для получения образцов использовали порошки кремния, полученные помолом кремния марки КР1 в шаровой мельнице, и карбида кремния, синтезированного из смеси Si- 30% графита термообработкой в азоте при 1450oC - 2 ч, для чего смесь на основе кремния КР1, молотого в шаровой мельнице 16 ч, и графита марки (С-1) предварительно размалывали в планетарной мельнице АГО-3 в течение 5 мин всухую. Полученный таким образом порошок карбида кремния согласно рентгеновскому фазовому анализу имеет в своем составе основную фазу карбида кремния, примеси Si и графита отсутствуют, присутствует слабая линия примеси железа, попадающего в состав в результате намола.
Измерения удельной поверхности порошков методом БЭТ показали для порошка кремния Sуд= 2,4 м2/г, для карбида кремния Sуд=3,4 м2/г.
После прессования смесей порошков со связкой из 5% водного раствора ПВС в стальной пресс-форме при давлении 2-4 т/см2 получили прессовки с пористостью 25-40%. Образцы - колодки для испытания на трение.
Пропитку полученных образцов из РСНК, PCHK-SiC расплавами CaSiO3 вели при 1450 - 1600oC. Использовали смесь порошков CaO и SiO2 в молярном соотношении 1: 1. При нагреве из этой смеси образуется расплав сложного оксида CaSiO3, который фактически участвует в процессе пропитки. Из смеси прессовали рассчитанные заранее навески в виде тех же колодок, которые накладывали на спеченные заготовки из РСНК, PCHK-SiC. Добавочно был спрессован один образец из порошка карбида кремния и подвергнут пропитке наравне с образцами PCHK-SiC.
Испытания на абразивный износ вели на машине трения СМЦ-2 по монолиту абразива по схеме колодка-образец, цилиндр-абразив. В качестве абразива использовали материал на основе корунда марки 25А25ПСМ26К5Б.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Введение инфильтранта в виде сложного тугоплавкого оксида, в данном примере CaSiO3, в поры керамического каркаса приводит к резкому повышению твердости (до Hv= 1600) и износостойкости.
Введение в пористый каркас карбида кремния SiC, стойкого к керамическому расплаву, необходимо, так как он обеспечивает необходимую химическую высокотемпературную стойкость каркаса к расплаву инфильтранта при температурах пропитки. При отсутствии добавки карбида кремния более стойкого к расплаву, чем нитрид кремния в РСНК, при пропитке наблюдается изменение размеров (разбухание) заготовок, снижение плотности и износостойкости. Кроме того добавку SiC можно рассматривать, как повышающую абразивостойкость.
Заготовки из SiC (как в прототипе) непрочные, и в результате термических напряжений при нагреве под пропитку растрескиваются.
Наличие в составе композиционного материала нитрида кремния обеспечивает по сравнению с прототипом большую прочность заготовок и возможность изготовления деталей сложной формы. Но главное преимущество заключается в том, что Si3N4 при инфильтрации каркаса тугоплавкими оксидами при температурах 1500-1600oC взаимодействует с ними, частично переходит в аморфное состояние и в оксидную стеклофазу, обеспечивая и при этом упрочнение оксидной фазы и прочное сцепление компонентов композиционного материала.
В результате достигается высокая стойкость к абразивному износу.
Кроме того, заполнение пор РСНК и PCHK-SiC тугоплавкими оксидами резко повышает стойкость к высокотемпературному окислению и агрессивным средам.
Высокая твердость, износостойкость и стойкость к термоударам полученного материала может обеспечить работоспособность деталей и узлов аппаратов, работающих в тяжелых условиях: абразивного износа, высоких температур, резких теплосмен, агрессивной среды. Возможны применения в качестве уплотнительных колец, упорных подшипников скольжения, запорной арматуры.
Литература
1. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе.- М.: Металлургия, 1984. - 236 с.
1. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе.- М.: Металлургия, 1984. - 236 с.
2. Hillig W.M. Ceramic matrix composites by means of melt infiltration // Ceram. Eng. Sci. Proc., 1987, V.8, N 7-8, P.834-838.
Claims (1)
- Способ получения композиционного материала, включающий изготовление пористого каркаса из карбида кремния, и последующую пропитку керамическим расплавом сложного оксида, отличающийся тем, что пористый каркас изготавливают на связке из реакционно спеченного нитрида кремния из шихты следующего состава, мас.%:
Кремний - 20 - 70
Карбид кремния - 30 - 80
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99107832A RU2165910C2 (ru) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | Способ получения композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99107832A RU2165910C2 (ru) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | Способ получения композиционного материала |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99107832A RU99107832A (ru) | 2001-03-10 |
| RU2165910C2 true RU2165910C2 (ru) | 2001-04-27 |
Family
ID=20218607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99107832A RU2165910C2 (ru) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | Способ получения композиционного материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2165910C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2740392C1 (ru) * | 2019-10-22 | 2021-01-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Способ получения карбидокремниевых огнеупоров |
-
1999
- 1999-04-12 RU RU99107832A patent/RU2165910C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HILLING W.M., Ceramic matrix composites by means of melt infiltration. Ceram. Eng. Sci. Proc., 1987, v. 8, N 7-8, p. 834 - 838. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2740392C1 (ru) * | 2019-10-22 | 2021-01-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Способ получения карбидокремниевых огнеупоров |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6179886B1 (en) | Method for producing abrasive grains and the composite abrasive grains produced by same | |
| EP1666433B1 (en) | SiC REFRACTORY COMPRISING SILICON NITRIDE BONDED THERETO | |
| JP4261130B2 (ja) | シリコン／炭化ケイ素複合材料 | |
| JPH08239270A (ja) | 超塑性炭化ケイ素焼結体とその製造方法 | |
| EP2636659B1 (en) | High rigidity ceramic material and method for producing same | |
| EP1019338B1 (en) | A method for producing abrasive grains and the abrasive grains produced by this method | |
| EP0268721B1 (en) | Pulverulent silicon nitride composition reinforced with silicon carbide whiskers and its use for the manufacturing of sintered parts | |
| JPH0714833B2 (ja) | 粉末法で製造されたセラミック成形体およびその製造方法 | |
| CN101423412B (zh) | 低温烧成制备高性能氧化硅结合碳化硅耐火材料的方法 | |
| Huang et al. | Sintering behaviour and properties of SiCAION ceramics | |
| RU2165910C2 (ru) | Способ получения композиционного материала | |
| JPH0157075B2 (ru) | ||
| JP2000256066A (ja) | 窒化珪素質焼結体とその製造方法およびこれを用いた耐摩耗性部材 | |
| KR100299099B1 (ko) | 액상 반응소결에 의한 탄화규소 세라믹 밀봉재의 제조방법 | |
| EP0187737A1 (en) | MACHINE CUTTING PROCESS OF METAL SILICON MACROPARTICLES WITH Si3N4. | |
| JP4612608B2 (ja) | シリコン／炭化ケイ素複合材料の製造方法 | |
| JP4217278B2 (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| US11697609B2 (en) | Mold for glass forming and methods for forming glass using a mold | |
| CA1193286A (en) | Composite ceramic cutting tool and process for making same | |
| JP2000335976A (ja) | 窒化珪素質焼結体とその製造方法およびこれを用いた耐摩耗性部材 | |
| Chun et al. | Processing of silica-bonded silicon carbide ceramics | |
| JP2001247377A (ja) | 窒化珪素鉄粉末、その評価方法、及び用途 | |
| JP2002212657A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP4279370B2 (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| Sazonova et al. | Thermal stability of MoSi 2-SiC composites in air at temperatures of 1100–1400° C |