RU2359927C1 - Керамический композиционный материал - Google Patents
Керамический композиционный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359927C1 RU2359927C1 RU2007144834/03A RU2007144834A RU2359927C1 RU 2359927 C1 RU2359927 C1 RU 2359927C1 RU 2007144834/03 A RU2007144834/03 A RU 2007144834/03A RU 2007144834 A RU2007144834 A RU 2007144834A RU 2359927 C1 RU2359927 C1 RU 2359927C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- ceramic
- glass
- ceramic composite
- carbon fiber
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к композиционным материалам на основе стеклокерамических матриц, армированных углеродными наполнителями для изготовления теплонагруженных узлов и деталей перспективной авиационно-космической техники, наземных, энергетических, нефте-, газоперекачивающих, транспортных систем и новых областей общего и специального машиностроения, работающих при температурах до 1300°С. Предложен керамический композиционный материал, включающий стекломатрицу и углеродный волокнистый наполнитель, стекломатрица содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 2,9-4,1, ВаО 2,8-4,3, MgO 6,5-10,1, Al2О3 14,2-17,3, SiO2 - остальное. При этом преимущественное соотношение стекломатрицы и углеродного волокнистого наполнителя составляет, мас.%: стекломатрица 60,5-73,5, углеродный волокнистый наполнитель 26,5-39,5. Технический результат изобретения - повышение жаростойкости материала при рабочих температурах до 1300°С. Предложенный керамический композиционный материал экологически-, пожаро- и взрывобезопасен. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к композиционным материалам на основе стеклокерамических матриц, армированных углеродными наполнителями для изготовления теплонагруженных узлов и деталей перспективной авиационно-космической техники, наземных, энергетических, нефте-, газоперекачивающих, транспортных систем и новых областей общего и специального машиностроения, работающих при температурах до 1300°С.
Известен керамический композиционный материал следующего состава, мас.%:
| Стекломатрица | 45,0-80,2 |
| Углеродное волокно | 19,8-55,0 |
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
| SiO2 | 79,93 |
| В2O3 | 12,12 |
| Al2O3 | 1,93 |
| MgO | 0,17 |
| CaO | 0,43 |
| Na2O | 3,68 |
| К2О | 1,74 |
(The mechanical properties of carbon
fiber reinforced Pyrex glass. //
Journal of Materials Science
7 (1972) P.1454.
Недостатком указанного керамического композиционного материала является низкая жаростойкость при воздействии температур выше 450°С в окислительной среде из-за интенсивного окисления углеродных волокон.
Известен композиционный материал, включающий стекломатрицу, армированную углеродными волокнами, при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
| Al2O3 | 2,7 |
| В2O3 | 12,3 |
| Na2O | 4,2 |
| CaO | 0,3 |
| SiO2 | 80,5 |
(патент США №5391213).
Недостатками известного композиционного материала являются низкая жаростойкость и повышенный коэффициент термического расширения при рабочих температурах 500-550°С.
Известные композиционные материалы могут быть использованы только для изготовления легкого высокотемпературного крепежа многоразовой теплозащиты.
Известен также композиционный материал следующего состава, мас.%:
| Стекломатрица | 60-66 |
| углеродный жгут | 34-40 |
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
| SiO2 | 58,9-69,3 |
| В2О3 | 13,5-15 |
| SiOC | 15,7-27,6 |
(патент РФ №2193539).
Недостатком указанного композиционного материала является недостаточно высокая жаростойкость при температурах выше 800°С.
Композиционный материал может быть использован для изготовления простых теплонагруженных элементов авиационной техники и машиностроения.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является керамический композиционный материал следующего состава, мас.%:
| Углеродное волокно | 50 |
| Стекломатрица | 50 |
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
| SiO2 | 81 |
| В2O3 | 13 |
| Al2O3 | 2 |
| Na2O | 4 |
(патент США №4511663).
Известный композиционный материал может быть использован для изготовления теплонагруженных деталей на основе ленточных и жгутовых препрегов, применяющихся в авиационной технике и машиностроении.
Недостатками керамического композиционного материала - прототипа являются низкая жаростойкость при температурах до 1300°С.
Технической задачей изобретения является повышение жаростойкости материала при рабочих температурах до 1300°С.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен керамический композиционный материал, включающий стекломатрицу, содержащую SiO2, Al2О3, и углеродный волокнистый наполнитель, в котором стекломатрица дополнительно содержит CaO, BaO, MgO, при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
| CaO | 2,9-4,1 |
| BaO | 2,8-4,3 |
| MgO | 6,5-10,1 |
| Al2О3 | 14,2-17,3 |
| SiO2 | остальное |
При этом преимущественное соотношение стекломатрицы и углеродного волокнистого наполнителя составляет, мас.%:
| Стекломатрица | 60,5-73,5 |
| углеродный волокнистый наполнитель | 26,5-39,5 |
Предлагаемый керамический композиционный материал предназначен для изготовления теплонагруженных деталей, применяющихся в авиационной, космической технике и специальном машиностроении.
Авторами установлено, что дополнительное введение в стекломатрицу оксида кальция, оксида бария и оксида магния при заявленном содержании и соотношении компонентов позволит повысить жаростойкость керамического композиционного материала, работающего при температурах до 1300°С, за счет образования в стеклофазе кристаллических фаз, таких как цельзиан BaO·Al2O3·SiO2, кальциевый анортит СаО·Al2O3·2SiO2, кордиерит 2MgO·2Al2O3·5SiO2, имеющих высокие температуры плавления.
Примеры осуществления
Для получения керамического композиционного материала были приготовлены четыре композиции, соотношение компонентов в которых приведено в таблице 1.
Пример 1
Стеклокерамический композиционный материал (табл.1, состав 1) получали по методу, совмещающему «золь-гель» технологию приготовления алюмосиликатного стекла и шликерную технологию. В качестве углеродного волокнистого материала использовали углеродную ленту «Кулон».
Суспензию наносили на ленту «Кулон» с одновременной прокаткой резиновым валиком и последующей выкладкой на формовочную плоскость. Полученные полуфабрикаты сушили при температуре (18-100)°С в течение 48-4 часов. Далее заготовки выкладывали в графитовые пресс-формы и подвергали горячему прессованию при температуре до 1400°С.
Примеры 2-4 получения керамических композиционных материалов осуществляли аналогично примеру 1.
В таблице 2 представлены свойства полученных образцов предлагаемого керамического композиционного материала в сравнении с материалом - прототипом.
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что предложенный керамический композиционный материал позволяет на порядок улучшить жаростойкость и повысить температуру применения на 500°С.
Применение предлагаемого керамического композиционного материала для изготовления теплонагруженных узлов и деталей обеспечит увеличение ресурса и надежности этих деталей.
Предложенный керамический композиционный материал экологически-, пожаро- и взрывобезопасен.
| Таблица 1 | |||||
| Компоненты керамического композиционного материала | Содержание компонентов в образцах, мас.%: | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 (прототип) | ||
| Углеродный волокнистый материал | Лента «Кулон» | 26,5 | 35 | 39,5 | 50 |
| Стекломатрица | Компоненты матрицы | 73,5 | 65 | 60,5 | 50 |
| СаО | 2,9 | 4,1 | 3,5 | - | |
| ВаО | 4,3 | 2,8 | 3,5 | - | |
| MgO | 10,1 | 9,6 | 6,5 | - | |
| Al2O3 | 17,3 | 16,5 | 14,2 | 2 | |
| SiO2 | остальное | остальное | остальное | 81 | |
| В2O3 | - | - | - | 13 | |
| Na2O | - | - | - | 4 | |
| Таблица 2 | ||||
| Свойства композиционного материала | 1 | 2 | 3 | 4 (прототип) |
| Температура, °С | 1300 | 1300 | 1300 | 1300 |
| Время, час | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Убыль массы образцов после испытаний, мас.% | 3,2 | 3,2 | 3,0 | 45 |
| Внешний вид образцов после испытаний (наличие дефектов) | отсутствуют | отсутствуют | отсутствуют | отсутствуют |
Claims (2)
1. Керамический композиционный материал, включающий стекломатрицу, содержащую SiO2, Al2O3 и углеродный волокнистый наполнитель, отличающийся тем, что стекломатрица дополнительно содержит СаО, BaO, MgO при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
СаО 2,9-4,1
BaO 2,8-4,3
MgO 6,5-10,1
Al2O3
14,2-17,3
SiO2
остальное
2. Керамический композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что он имеет следующий состав, мас.%:
Стекломатрица 60,5-73,5
Углеродный волокнистый
наполнитель 26,5-39,5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007144834/03A RU2359927C1 (ru) | 2007-12-05 | 2007-12-05 | Керамический композиционный материал |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007144834/03A RU2359927C1 (ru) | 2007-12-05 | 2007-12-05 | Керамический композиционный материал |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2359927C1 true RU2359927C1 (ru) | 2009-06-27 |
Family
ID=41027145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007144834/03A RU2359927C1 (ru) | 2007-12-05 | 2007-12-05 | Керамический композиционный материал |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2359927C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641748C2 (ru) * | 2016-06-28 | 2018-01-22 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Герметичное изделие из высокотемпературного композиционного материала, армированного длинномерными волокнами, и способ его изготовления |
| CN110172652A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-27 | 江仁燕 | 一种短切碳纤维增强Mg-Al-Li系合金基复合材料 |
-
2007
- 2007-12-05 RU RU2007144834/03A patent/RU2359927C1/ru active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641748C2 (ru) * | 2016-06-28 | 2018-01-22 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Герметичное изделие из высокотемпературного композиционного материала, армированного длинномерными волокнами, и способ его изготовления |
| CN110172652A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-27 | 江仁燕 | 一种短切碳纤维增强Mg-Al-Li系合金基复合材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109354823B (zh) | 防隔热可陶瓷化酚醛树脂基梯度复合材料的制备方法 | |
| CN103274760B (zh) | 一种炭/炭复合材料的防氧化涂料及其应用 | |
| IE61849B1 (en) | Method of manufacturing a composite material with vitro-ceramic or ceramic matrix using a sol-gel process and a composite material thus obtained | |
| Chang et al. | High-temperature mechanical properties of a solid oxide fuel cell glass sealant in sintered forms | |
| CN104926344A (zh) | 硅酸铝纤维增强氧化物陶瓷及其制备方法 | |
| CN103600530A (zh) | 一种弹性隔热密封材料及其制备方法 | |
| CN105237039A (zh) | 碳/碳刹车材料的防氧化涂层材料及制备涂层的方法 | |
| He et al. | Preparation of fully stabilized cubic-leucite composite through heat-treating Cs-substituted K-geopolymer composite at high temperatures | |
| RU2359927C1 (ru) | Керамический композиционный материал | |
| CN104909793B (zh) | 耐烧蚀复合材料及其制备方法 | |
| US3047442A (en) | Inorganic laminate | |
| CN102229467B (zh) | 一种玻璃陶瓷基汽车刹车片及其制备方法 | |
| CN107603286A (zh) | 免烧耐温1500℃的刚性隔热瓦涂层及其制备方法 | |
| CN105236743B (zh) | 具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料及其应用 | |
| CN113980343A (zh) | 一种耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料及其制备方法 | |
| Fu et al. | Enhancement of the interlaminar performance of silica/phenolic laminates after high-temperature pyrolysis using a boron carbide/silicon carbide fibre z-pin | |
| Murthy et al. | Interfacial Microstructure and Crystallization in SiC‐Glass Ceramic Composites | |
| RU2347771C2 (ru) | Керамический композиционный материал | |
| RU2310628C1 (ru) | Композиционный материал и изделие, выполненное из него | |
| KR101360175B1 (ko) | 탄소복합소재를 이용한 반도체칩 검사용 웨이퍼 지그 및 그 제조방법 | |
| RU2397969C1 (ru) | Керамический композиционный материал | |
| RU2412135C2 (ru) | Стеклокерамический композиционный материал | |
| CN115073921A (zh) | 一种可陶瓷化阻燃涂层涂覆硅橡胶泡沫及其制备工艺 | |
| RU2392250C1 (ru) | Керамический композиционный материал | |
| JP3195266B2 (ja) | 複層断熱材及びその製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |