RU2348594C2 - Конструкционный материал - Google Patents
Конструкционный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348594C2 RU2348594C2 RU2006129186/03A RU2006129186A RU2348594C2 RU 2348594 C2 RU2348594 C2 RU 2348594C2 RU 2006129186/03 A RU2006129186/03 A RU 2006129186/03A RU 2006129186 A RU2006129186 A RU 2006129186A RU 2348594 C2 RU2348594 C2 RU 2348594C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron nitride
- helium
- carbon fiber
- fiber
- ultrafine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Предлагаемое изобретение направлено на создание конструкционного огнеупорного материала с ультрадисперсным строением, используемого в металлургии. Технический результат изобретения - получение материала с высокими физико-механическими характеристиками, высокой теплопроводностью и оптимальным изотопным составом, обеспечивающим нейтропрозрачность. Конструкционный материал согласно изобретению получают из шихты, включающей карбид кремния в виде ультрадисперсного волокна, ультрадисперсный нитрид бора и углеродное волокно, имеющее периодически повторяющиеся внутренние объемы, заполненные гелием, при следующем соотношении компонентов, об.%: нитрид бора B11N15 30-94,6, углеродное волокно 5-25, ультрадисперсный карбид кремния 0,2-15, гелий 0,2-30. В местах контакта ультрадисперсного волокна с углеродным волокном расположены алмазоподобные слои, а в местах его контакта с нитридом бора - эльборовые слои. Гелий и нитрид бора имеют изотопный состав с малым сечением захвата тепловых нейтронов. 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к конструкционным материалам, а в частности к материалам с ультрадисперсным строением, и может быть использовано как огнеупорный металлургический инструмент (тигли для плавки, ковши разливочные термопара для точного литья, чехлы для термопар определяющих температуру расплавов и т.д., т.к. он практически не взаимодействует ни с одним из известных расплавов.
Известен конструкционный материал, содержащий карбид кремния, нитрид бора, углеродное волокно (см. патент РФ №2171794).
Известный материал представляет собой твердый раствор нитрида кремния в нитриде бора с разным содержанием кремния, получаемый осаждением из газовой фазы (хлорида бора и хлорида кремния) на нагретую поверхность подложки. Получаемое покрытие имеет аморфное фазовое строение, характерное для материалов, получаемых пиролизом хлоридов, фторидов, саланов, склазанов и т.д.
Аморфное строение покрытия при нагреве в течение длительного времени кристаллизуется с изменением объема, что вызывает растрескивание поверхности и повышение скорости окисления покрытия.
Само покрытие в аморфной форме обладает очень низким сопротивлением к резким теплосменам, а именно не выдерживает термоударов как при нагреве, так и при охлаждении. Вслед за образованием микротрещин на поверхности покрытия в них проникает влага, и гидролиз многократно усиливается. Очень низкая структурная прочность покрытия и низкий модуль упругости не позволяет использовать его даже при нежелательных нагрузках при повышенных температурах.
Способ осаждения из газовой фазы для получения покрытий малопроизводителен и не позволяет получать достаточно толстые покрытия с низким значением внутренних напряжений, возникающих при осаждении слоев покрытия.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является конструкционный материал, шихта которого содержит порошок кубического нитрида бора и ультрадисперсные волокна карбида кремния в количестве 20-25 мас.% (см. US 4863881, кл. С04В 35/58, 1989 г.).
Известный материал обладает ультрадисперсным строением. Однако недостатком известного материала является то, что кубический нитрид бора переходит в его гексагональную модификацию начиная с температуры 900°С и выше, что сопровождается падением всех физико-механических свойств.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание конструкционного материала, имеющего:
- высокие физико-механические характеристики и стабильные ультрадисперсные фазы, достаточные для высокой теплопроводности;
- оптимальный изотопный состав, обеспечивающий нейтронопрозрачность и насыщенный гелием, предотвращающим взаимодействие конструкционного материала с любыми расплавами.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием конструкционного материала, шихта которого содержит карбид кремния в виде ультрадисперсного волокна и нитрид бора, в котором согласно изобретению в шихту дополнительно вводят гелий и углеродное волокно, имеющее периодически повторяющиеся внутренние объемы, заполненные гелием, причем в местах контакта ультрадисперсного волокна с углеродным волокном расположены алмазоподобные слои, а в местах его контакта с нитридом бора - эльборовые слои, при этом гелий и нитрид бора имеют изотопный состав с малым сечением захвата тепловых нейтронов, при следующим соотношением компонентов, об.%:
нитрид бора B11N15 | 30-94,6 |
углеродное волокно С | 5,0- 25 |
ультрадисперсный | |
карбид кремния SiC | 0,2-15 |
гелий Не | 0,2-30 |
Предлагаемый конструкционный материал имеет изотропность физико-механических характеристик, что позволяет рассматривать его как гомогенный материал, не имеющий слабых мест в изготовленной из него детали.
Изотопный состав гелия и нитрида бора влияет на ядерные характеристики материала, не затрагивая при этом его механические, химические и др. свойства.
Соединения, содержащие определенные изотопы элементов, из которых они состоят, обладают свойствами, характерными для изотопов, из которых состоят.
Гомогенная структура характеризуется отсутствием внутренних напряжений при знакопеременных ассиметричных тепловых, радиационных и механических нагружениях.
Наличие в материале ультрадисперсных микрообъемов открывает перспективы создания на его основе устройств:
с гипербольшой удельной поверхностью субстанций, обладающих огромным фотоэффектом преображения световой энергии в электрическую;
имеющих способность аккумулировать электрические заряды большой емкости, занимая при этом малый объем,
избегать теплового эффекта в реакциях элементов, обладающих экзотермией образования соединений, что позволяет повысить КПД получения ЭДС (холодное окисление водорода, «холодное» азотирование).
Пример получения предлагаемого конструктивного материала.
Материал получают последовательным выполнением следующих операций.
Сначала получают гомогенную смесь дискретных ультрадисперсных волокон углерода карбида кремния и ультрадисперсного порошка нитрида бора оптимального изотопного состава, смоченного пластификатором (раствор поливинилбутерана в спирте).
Оптимальный изотопный состав - это состав с низким коэффициентом поглощения тепловых нейтронов (нейтронопрозрачность) и, как следствие, с отсутствием напряжений, возникающих в материале при высоком коэффициенте поглощения материалом тепловых нейтронов (нейтронный «наклеп»).
Размеры дискретных ультрадисперсных волокон углерода находятся в интервале 1-3 мкм, а размеры нитевидных кристаллов карбида кремния SiC - 10-100 Å.
При этом нитрид бора имеет дисперсность 1-3 мкм и обладает гексагональной модификацией.
Лучшие результаты получаются при следующим содержании компонентов %:
нитрид бора В11N15 | 60 |
углеродное волокно С | 15 |
ультрадисперсный | |
карбид кремния SiC | 10 |
гелий Не | 15 |
Гидростатическое формирование заготовки детали производят в пресс-формах, нагревая до температуры 65-70°С и вакуумируют до 10-2 мм рт.ст. при давлении 1-15 кг/см2.
Затем проводят горячее прессование в газостатах отформованной заготовки пресс-формах из композита углерод-углерод при температуре 1750-2000°С в атмосфере гелия в течение 30-60 мин с давлением до 1000 МПа и последующим охлаждением под давлением.
В данном случае используют изотопный состав гелия.
В это время происходит насыщение периодически повторяющихся внутренних объемов углеродного волокна гелием, а так как гелий диффундирует из материала со скоростью 10-7 см·сек·град, то в конструкционном материале он остается длительное время.
В результате проведенных экспериментов установлено, что предлагаемый конструкционный материал с заданными свойствами может быть получен только при указанном содержании компонентов.
В случае если содержание в материале хотя бы одного из указанных компонентов выходит за указанные пределы, то необходимые характеристики материала не будут достигнуты, т.е. технический результат в изобретении не будет получен.
Это позволяет сделать вывод о том, что указанные параметры состава конструкционного материала относятся к существенным признакам данного изобретения.
Были проведены испытания физико-механических свойств полученного конструкционного материала и был определен его фазовый состав:
нитрид бора В11N15 - 15-18 об.% кубический + 82-85 об.% гексогональный,
углеродное волокно С 100% гексоганальное,
карбид кремния βSiC 100% кубический.
Причем кубический нитрид бора В11N15 является ультрадисперсным, что придает всему предлагаемому материалу высокие физико-механические характеристики и высокую теплопроводность.
Были проведены испытания результаты, которых приведены в таблице 1.
Прочность на изгиб (МПа) | Ударная вязкость при 20°С (кгм/см2) | Термостойкость 1600°С→20°С→1600°С (теплосмена) | Потеря веса в расплаве урана (г/м2х 60 мин) | Коррозионная стойкость при 1600°С г/м2х 100 час | ||
20°С | 1600°С | |||||
Предлагаемый конструкционный материал | 300-400 | 70-75 | 0,5 | 830 | 0,07 | 0,15 |
Прототип | 50-70 | 5-6 | 0,05 | 37 | 17 | 35 |
Как видно из таблицы, по всем физико-химическим свойствам предлагаемый конструкционный материал превосходит прототип по двум причинам:
В заявляемом конструкционном материале используют наноразмерную арматуру кубического карбида кремния, на поверхности которой нарастает, как на подложке, тонкий слой кубического нитрида кремния.
Также было обнаружено, что детали, например тигель, изготовленные из предлагаемого материала, не вступают в контакт с другими материалами, например расплавом урана. Это происходит из-за того, что насыщение материала гелием по межплоскостным границам повышает коррозионную стойкость и инертность к расплавам агрессивных сред.
Claims (1)
- Конструкционный материал, шихта которого содержит карбид кремния в виде ультрадисперсного волокна и ультрадисперсный порошок нитрида бора, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят гелий и углеродное волокно, имеющее периодически повторяющиеся внутренние объемы, заполненные гелием, причем в местах контакта ультрадисперсного волокна с углеродным волокном расположены алмазоподобные слои, а в местах его контакта с нитридом бора - эльборовые слои, при этом гелий и нитрид бора имеют изотопный состав с малым сечением захвата тепловых нейтронов, при следующем соотношении компонентов, об.%:
нитрид бора В11N15 30-94,6 углеродное волокно С 5,0-25 ультрадисперсный карбид кремния SiC 0,2-15 гелий Не 0,2-30
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006129186/03A RU2348594C2 (ru) | 2006-08-14 | 2006-08-14 | Конструкционный материал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006129186/03A RU2348594C2 (ru) | 2006-08-14 | 2006-08-14 | Конструкционный материал |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006129186A RU2006129186A (ru) | 2008-02-20 |
RU2348594C2 true RU2348594C2 (ru) | 2009-03-10 |
Family
ID=39266849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006129186/03A RU2348594C2 (ru) | 2006-08-14 | 2006-08-14 | Конструкционный материал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2348594C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013011350A1 (de) * | 2011-12-21 | 2013-01-24 | POTEMKIN, Alexander | Konverter - reaktor f1jr thermische neutronen |
RU2665735C1 (ru) * | 2017-11-22 | 2018-09-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Керамический композиционный материал для изготовления сопел |
-
2006
- 2006-08-14 RU RU2006129186/03A patent/RU2348594C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КОСОЛАПОВА Т.Я. и др. Неметаллические тугоплавкие соединения. - М.: Металлургия, 1985, с.98-117. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013011350A1 (de) * | 2011-12-21 | 2013-01-24 | POTEMKIN, Alexander | Konverter - reaktor f1jr thermische neutronen |
RU2665735C1 (ru) * | 2017-11-22 | 2018-09-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Керамический композиционный материал для изготовления сопел |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006129186A (ru) | 2008-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yin et al. | The effects of SiC precursors on the microstructures and mechanical properties of SiCf/SiC composites prepared via polymer impregnation and pyrolysis process | |
Yang et al. | Ablative property of ZrCSiC multilayer coating for PIP-C/SiC composites under oxy-acetylene torch | |
JP4960082B2 (ja) | 耐熱構造複合材料をシリサイド化する方法およびその方法により得られた部品 | |
RU2176628C2 (ru) | Композит (варианты) и способ его приготовления, способ обработки волоконной заготовки (варианты) | |
CN101486588B (zh) | 炭纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法 | |
JPS5918183A (ja) | 炭化珪素製品の製造方法 | |
Zhang et al. | AC/SiC gradient oxidation protective coating for carbon/carbon composites | |
EP2639211B1 (en) | Sic ceramic material and sic ceramic structure, and production method for same | |
JP4014254B2 (ja) | Si濃度段階的変化型Si−SiC材料及びSi濃度段階的変化型SiC繊維強化Si−SiC複合材料並びにこれらの製造方法 | |
JPS6353231A (ja) | 炭化硼素−、硼素−および硼化物−反応性金属サ−メットの溶浸処理 | |
Wang et al. | Oxidation and ablation resistant properties of pack-siliconized Si-C protective coating for carbon/carbon composites | |
CN101880174A (zh) | 一种碳/碳复合密度梯度隔热材料 | |
Chen et al. | Effect of laser power on mechanical properties of SiC composites rapidly fabricated by selective laser sintering and direct liquid silicon infiltration | |
CN109231993A (zh) | 一种含自润滑相高强度炭纤维增强陶瓷基体摩擦材料及其制备方法 | |
Labruquere et al. | Enhancement of the oxidation resistance of interfacial area in C/C composites. Part II: oxidation resistance of B–C, Si–B–C and Si–C coated carbon preforms densified with carbon | |
Li et al. | High strength retention and improved oxidation resistance of C/C composites by utilizing a layered SiC ceramic coating | |
Lyu et al. | Microstructural regulation, oxidation resistance, and mechanical properties of C f/SiC/SiHfBOC composites prepared by chemical vapor infiltration with precursor infiltration pyrolysis | |
WO1999019273A1 (fr) | Materiau composite fibreux et son procede de fabrication | |
CN109608217A (zh) | 一种含MAX相界面层的SiCf/SiC复合材料的制备方法 | |
CN101818048B (zh) | 一种铜硅合金改性炭/陶摩擦材料的制备方法 | |
US11851377B2 (en) | Method for producing a CMC-component | |
RU2348594C2 (ru) | Конструкционный материал | |
Kane et al. | Oxidation of 3D‐printed SiC in air and steam environments | |
CN104844246B (zh) | 汽车制动盘用Cf/SiC复合材料及其制备方法 | |
CN106507785B (zh) | 碳/碳-碳化硅刹车材料的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090815 |