RU2241068C1 - Composite manufacture process - Google Patents
Composite manufacture process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241068C1 RU2241068C1 RU2003129902/02A RU2003129902A RU2241068C1 RU 2241068 C1 RU2241068 C1 RU 2241068C1 RU 2003129902/02 A RU2003129902/02 A RU 2003129902/02A RU 2003129902 A RU2003129902 A RU 2003129902A RU 2241068 C1 RU2241068 C1 RU 2241068C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- tetramethylsilane
- methylsilane
- carried out
- trimethylsilane
- Prior art date
Links
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов, обладающих высокой термической и противоокислительной стойкостью, и может быть использовано в теплонагруженных узлах авиационной и ракетно-космической техники, а также в других отраслях машиностроения.The invention relates to methods for producing composite materials with high thermal and antioxidant resistance, and can be used in heat-loaded units of aviation and rocket and space technology, as well as in other engineering industries.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения, включающий осаждение из газовой фазы карбида кремния на пористый каркас (углеродный, керамический и др.), отличающийся тем, что в качестве исходного реагента используют метилсилан и процесс ведут при 650-800°С в присутствии инертного газа (RU 2130509, 20.05.1999, МПК-6 С 23 С 16/32, формула).Closest to the claimed is a production method, including deposition of silicon carbide from the gas phase onto a porous skeleton (carbon, ceramic, etc.), characterized in that methylsilane is used as a starting reagent and the process is conducted at 650-800 ° C in the presence of an inert gas (RU 2130509, 05.20.1999, MPK-6 C 23 C 16/32, formula).
Недостатки ближайшего аналога заключаются в том, что данный способ не обеспечивает равномерного по толщине и структуре слоя покрытия и пожаро- и взрывобезопасности процесса.The disadvantages of the closest analogue are that this method does not provide a uniform thickness and structure of the coating layer and fire and explosion safety of the process.
Задачей изобретения является повышение равномерности распределения кремнийорганических соединений на подложке, снижение пожаро- и взрывобезопасности процесса.The objective of the invention is to increase the uniformity of the distribution of organosilicon compounds on the substrate, reducing fire and explosion safety of the process.
Поставленная задача решается тем, что способ получения композиционного материала включает осаждение из газовой фазы кремнийорганических соединений на подложку с использованием в качестве исходного реагента метилсилана, согласно изобретению, осаждение проводят в герметичной камере с принудительной циркуляцией, а температура подложки при осаждении составляет 200-550°С.The problem is solved in that the method of producing a composite material involves the deposition of organosilicon compounds from the gas phase on a substrate using methylsilane as the starting reagent, according to the invention, the deposition is carried out in a pressurized pressurized chamber, and the temperature of the substrate during deposition is 200-550 ° C. .
В качестве метилсилана может быть использован триметилсилан и/или тетраметилсилан.As methylsilane, trimethylsilane and / or tetramethylsilane can be used.
Осаждение может быть проведено при давлении от 200 кПа до давления насыщенного пара метилсилана, а в качестве подложки может быть использован пористый углеродный материал.Precipitation can be carried out at a pressure of from 200 kPa to a saturated vapor pressure of methylsilane, and a porous carbon material can be used as a substrate.
Разложение метилсилана на поверхности пористого углеродного материала протекает с заметной скоростью уже при 200°С. Газообразным продуктом реакции является метан, относительный выход которого γ=0,4 (где γ - выход в молях на моль разложившегося силана). С повышением температуры реакции до 550°С выход метана практически не меняется, а основным продуктом реакции является водород (γ=1,2-1,3). Использование низких температур нагрева подложки (200-550°С), что позволяет применять жидкие кремнийорганические соединения, обеспечивает взрыво- и пожаробезопасность процесса и упрощает технологический цикл.The decomposition of methylsilane on the surface of a porous carbon material proceeds at a noticeable rate even at 200 ° C. The gaseous reaction product is methane, the relative yield of which is γ = 0.4 (where γ is the yield in moles per mole of decomposed silane). With an increase in the reaction temperature to 550 ° C, the methane yield remains practically unchanged, and the main reaction product is hydrogen (γ = 1.2-1.3). The use of low substrate heating temperatures (200-550 ° C), which allows the use of liquid organosilicon compounds, provides explosion and fire safety of the process and simplifies the process cycle.
Проведение процесса в герметичном объеме обеспечивает химическую чистоту газовой фазы, а принудительная циркуляция обеспечивает равномерность распределения кремнийорганических продуктов на подложке, а при наличии подложки сложной геометрической формы, например, лопатки турбины, имеющей внутренние полости, гарантирует наличие и равномерность слоя покрытия на всей поверхности подложки.The process in a sealed volume ensures the chemical purity of the gas phase, and forced circulation ensures uniform distribution of organosilicon products on the substrate, and in the presence of a substrate of complex geometric shape, for example, a turbine blade with internal cavities, ensures the presence and uniformity of the coating layer on the entire surface of the substrate.
Нелетучими продуктами разложения метилсиланов, в частности тетраметилсилана и триметилсилана на поверхности пористого углеродного материала при 200-550°С, являются кремнийорганические продукты суммарного состава SiC3-3,5Н7,5-8,5 (рассчитано по данным материального баланса реакции), которые при дальнейшем повышении температуры легко распадаются с образованием водорода и аморфного карбида кремния.Non-volatile decomposition products of methylsilanes, in particular tetramethylsilane and trimethylsilane on the surface of a porous carbon material at 200-550 ° C, are organosilicon products with a total composition of SiC 3-3.5 N 7.5-8.5 (calculated according to the material balance of the reaction), which with a further increase in temperature easily decompose with the formation of hydrogen and amorphous silicon carbide.
Приведенные ниже примеры осуществления заявленного способа подтверждают, но не ограничивают его применение в промышленности.The following examples of the implementation of the claimed method confirm, but do not limit its use in industry.
Способ осуществляли в вакуумной установке, схематически изображенной на чертеже.The method was carried out in a vacuum installation, schematically depicted in the drawing.
Установка является кварцевым вакуумным газопроточным, т.е. с принудительной циркуляцией, реактором. Образец 7 в виде пористого углеродного шнура нагревался электрическим током с помощью контактов 4, контроль температуры осуществляется термопарой 8, холодная вода подается через выход 1, заданное давление создается с помощью вакуумного насоса (не показан) через выход 2, а контроль давления осуществляется с помощью манометра (не показан) через выход 1.The installation is a quartz vacuum gas flow, i.e. forced circulation, reactor. Sample 7 in the form of a porous carbon cord was heated by electric current using contacts 4, the temperature was controlled by thermocouple 8, cold water was supplied through outlet 1, the set pressure was created using a vacuum pump (not shown) through outlet 2, and the pressure was monitored using a pressure gauge (not shown) through output 1.
Особенностью данного способа является самоторможение процесса при неполном расходе тетраметилсилана или триметилсилана. По этой причине после самоторможения процесса свободная ампула охлаждается жидким азотом до полного вымораживания неразложившегося тетраметилсилана или триметилсилана. Затем эта ампула также закрывается краном-пробкой.A feature of this method is the process self-braking at an incomplete consumption of tetramethylsilane or trimethylsilane. For this reason, after the process is self-braking, the free ampoule is cooled with liquid nitrogen until the undecomposed tetramethylsilane or trimethylsilane is completely frozen. Then this ampoule is also closed with a stopcock.
Способ можно осуществлять в условиях непрерывного перемораживания тетраметилсилана или триметилсилана из одной ампулы в другую.The method can be carried out under conditions of continuous freezing of tetramethylsilane or trimethylsilane from one ampoule to another.
Последовательность операций при работе на установке.The sequence of operations when working on the installation.
1) В одну из ампул 5 или 6 заливается на воздухе тетраметилсилан и/или триметилсилан, ампула закрывается краном-пробкой и присоединяется к проточному реактору, вторая ампула пустая с открытым краном-пробкой присоединяется к проточному реактору.1) In one of the ampoules 5 or 6, tetramethylsilane and / or trimethylsilane is poured in air, the ampoule is closed with a stopcock and connected to a flow reactor, the second ampoule, empty with an open stopcock, is connected to the flow reactor.
2) Образец закрепляется на концах токоподводов и размещается в проточном реакторе.2) The sample is fixed at the ends of the current leads and placed in a flow reactor.
3) Проточный реактор вакуумируется (Р=10-2 мм рт.ст.), через холодильники пропускают холодную воду, включается электронагрев образца.3) The flow reactor is evacuated (P = 10 -2 mm Hg), cold water is passed through the refrigerators, and the sample is electrically heated.
4) После нагрева образца до требуемой температуры в реактор напускаются пары триметилсилана и/или тетраметилсилана из соответствующей ампулы, кран-пробка которой затем закрывается.4) After heating the sample to the required temperature, trimethylsilane and / or tetramethylsilane vapors from the corresponding ampoule are inserted into the reactor, the stopcock of which is then closed.
5) За протеканием процесса осуществляется контроль по изменению давления в системе, которое возрастает в соответствии с протекающим на нагретом образце пиролизе тетраметилсилана и/или триметилсилана.5) The process is monitored by a change in pressure in the system, which increases in accordance with the pyrolysis of tetramethylsilane and / or trimethylsilane proceeding on a heated sample.
Протекание процесса контролировали по изменению давления в реакторе от начального до конечного (соответственно Рн и Рк в кПа), по составу газовой фазы (газохроматографический анализ), изменение состояния образца - визуально и по увеличению веса. Идентификацию карбида кремния проводили по данным ИК-спектроскопического и рентгенофазового анализа.The process was monitored by the change in pressure in the reactor from the initial to the final (R n and R k in kPa, respectively), by the composition of the gas phase (gas chromatographic analysis), and the change in the state of the sample visually and by weight increase. Identification of silicon carbide was carried out according to infrared spectroscopic and x-ray phase analysis.
В качестве подложки использовали углеродный жгут диаметром 3 мм и длиной 70-80 мм.A carbon tow with a diameter of 3 mm and a length of 70-80 mm was used as a substrate.
Пример 1. Исходный продукт - тетраметилсилан, разовый напуск до Рн=300, температура нагрева подложки составляет 200°С, время реакции 10 минут, Рк=279; 13% разложившегося тетраметилсилана, выход метана γ=0,40.Example 1. The initial product is tetramethylsilane, a single inlet to P n = 300, the temperature of the substrate is 200 ° C, the reaction time is 10 minutes, P to = 279; 13% decomposed tetramethylsilane, methane yield γ = 0.40.
Пример 2. Исходный продукт - тетраметисилан, разовый напуск до Рн=240, температура нагрева подложки составляет 450°С, время реакции 1 минута, Рк=306; 53% разложившегося тетраметилсилана, выход метана γ=0,41, водорода γ=1,2.Example 2. The initial product is tetramethisilane, a single inlet to P n = 240, the temperature of the substrate is 450 ° C, the reaction time is 1 minute, P to = 306; 53% of decomposed tetramethylsilane, methane yield γ = 0.41, hydrogen γ = 1.2.
Пример 3. Исходный продукт - смесь тетраметилсилана (82%) и триметилсилана (18%), разовый напуск до Pн=21.6, температура нагрева подложки составляет 500°С, время реакции 5 минут, Рк=366; 88% разложившихся силанов, выход метана γ=0,23, водорода γ=1,3.Example 3. The initial product is a mixture of tetramethylsilane (82%) and trimethylsilane (18%), a single inlet to P n = 21.6, the heating temperature of the substrate is 500 ° C, the reaction time is 5 minutes, P to = 366; 88% of decomposed silanes, methane yield γ = 0.23, hydrogen γ = 1.3.
Пример 4. Исходный продукт - смесь тетраметилсилана (82%) и триметилсилана (18%), девять напусков в каждом случае до Рн=210, температура нагрева подложки составляет 440°С, время реакции для каждого напуска 10 минут. Отношение веса шнура после реакции к начальному (здесь и ниже m0 и mк соответственно) mк/m0=1,32.Example 4. The initial product is a mixture of tetramethylsilane (82%) and trimethylsilane (18%), nine inlets in each case up to P n = 210, the substrate heating temperature is 440 ° C, the reaction time for each inlet is 10 minutes. The ratio of the weight of the cord after the reaction to the initial (here and below m 0 and m k respectively) m k / m 0 = 1.32.
Пример 5. Исходный продукт - тетраметилсилан, восемь напусков до Рн в интервале 150-300, температура нагрева подложки составляет 340°С при первом напуске и 515°С при последнем напуске (равномерный подъем температуры от напуска к напуску). Время реакции после каждого напуска 10 минут, отношение mк/m0=1,54.Example 5. The initial product is tetramethylsilane, eight inlets to P n in the range of 150-300, the substrate heating temperature is 340 ° C at the first inlet and 515 ° C at the last inlet (uniform rise in temperature from inlet to inlet). The reaction time after each inlet is 10 minutes, the ratio m to / m 0 = 1.54.
Пример 6. Исходный продукт - тетраметилсилан, пятнадцать напусков в каждом случае до Рн=200, температура нагрева подложки составляет 500°С, время реакции после каждого напуска 10 минут, отношение mк/m0=2,1.Example 6. The initial product is tetramethylsilane, fifteen inlets in each case up to P n = 200, the substrate heating temperature is 500 ° C, the reaction time after each inlet is 10 minutes, the ratio m to / m 0 = 2.1.
Таким образом, применение данного способа позволяет получать равномерное по толщине и структуре слоя покрытие, обеспечивать взрыво- и пожаробезопасность процесса, а также его сокращение во времени.Thus, the application of this method allows to obtain a coating uniform in thickness and structure of the layer, to provide explosion and fire safety of the process, as well as its reduction in time.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129902/02A RU2241068C1 (en) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Composite manufacture process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129902/02A RU2241068C1 (en) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Composite manufacture process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2241068C1 true RU2241068C1 (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34311278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129902/02A RU2241068C1 (en) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Composite manufacture process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2241068C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687343C1 (en) * | 2018-03-22 | 2019-05-13 | Открытое акционерное общество "Композит" | Method of producing composite material |
-
2003
- 2003-10-09 RU RU2003129902/02A patent/RU2241068C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687343C1 (en) * | 2018-03-22 | 2019-05-13 | Открытое акционерное общество "Композит" | Method of producing composite material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chesick | Kinetics of the thermal interconversion of 2-methylmethylenecyclopropane and ethylidenecyclopropane | |
| Gicquel et al. | Spectroscopic analysis and chemical kinetics modeling of a diamond deposition plasma reactor | |
| CA2104411C (en) | Chemical vapor deposition-production silicon carbide having improved properties | |
| EP0417170A1 (en) | Process for plasma depositing silicon nitride and silicon dioxide films onto a substrate. | |
| KR20090040458A (en) | Method for densification of porous articles | |
| US20140170317A1 (en) | Chemical vapor deposition of graphene using a solid carbon source | |
| CN104986753A (en) | Super-long carbon nano tube and preparing method and device thereof | |
| Suzuki et al. | Diffusivity and thermal cracking rate of metalorganic gases by chromatography | |
| CN110261256B (en) | Method for measuring intrinsic deposition rate of CVD/CVI process precursor | |
| RU2241068C1 (en) | Composite manufacture process | |
| Liu et al. | Mechanism of the thermal decomposition of tetramethylsilane: a flash pyrolysis vacuum ultraviolet photoionization time-of-flight mass spectrometry and density functional theory study | |
| Khabashesku et al. | Matrix isolation infrared and density functional theoretical studies of organic silanones,(CH3O) 2Si O and (C6H5) 2Si O | |
| US3367826A (en) | Boron carbide article and method of making | |
| CN101157565A (en) | Novel process for preparing charcoal/charcoal component by rapid chemical liquid-phase vaporization osmosis method | |
| Berjonneau et al. | Understanding the CVD process of (Si)–B–C ceramics through FTIR spectroscopy gas phase analysis | |
| RU2707609C1 (en) | Method for additive formation of polycrystalline diamond articles | |
| CN1814575A (en) | Method for preparing high-density carbon/carbon composite material | |
| Dresdner | The pyrolysis of trifluoromethyl sulfur pentafluoride and its reaction with perfluoropropylene | |
| CN102101669A (en) | Method for producing high-purity silicon carbide and hydrogen fluoride by taking silicon tetrafluoride as raw material | |
| Beck et al. | Reaction of Cyclohexane with Mercury‐6 (3 P 1) Atoms | |
| CN1018638B (en) | Process for preparing hexafluoropropene | |
| Djerassi et al. | The Structures of the Diterpenoid Alkaloids Laurifoline and Cuauchichicine. Nomenclature Alteration | |
| US3428540A (en) | Process for making trifluoroamine oxide | |
| US3398013A (en) | Preparation of films of boron carbide | |
| Lipskiy et al. | Preparation of isotopically enriched polycrystalline germanium via monogermane pyrolysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160914 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191010 |