RU2365564C1 - Method of connecting ceramic units from silicon nitride - Google Patents

Method of connecting ceramic units from silicon nitride Download PDF

Info

Publication number
RU2365564C1
RU2365564C1 RU2008103050/03A RU2008103050A RU2365564C1 RU 2365564 C1 RU2365564 C1 RU 2365564C1 RU 2008103050/03 A RU2008103050/03 A RU 2008103050/03A RU 2008103050 A RU2008103050 A RU 2008103050A RU 2365564 C1 RU2365564 C1 RU 2365564C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
silicon nitride
adhesive
binder
temperature
Prior art date
Application number
RU2008103050/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Тамара Федоровна Баранова (RU)
Тамара Федоровна Баранова
Владимир Васильевич Викулин (RU)
Владимир Васильевич Викулин
Ирина Юрьевна Келина (RU)
Ирина Юрьевна Келина
Ираида Николаевна Курская (RU)
Ираида Николаевна Курская
Игорь Леонидович Шкарупа (RU)
Игорь Леонидович Шкарупа
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология"
Priority to RU2008103050/03A priority Critical patent/RU2365564C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2365564C1 publication Critical patent/RU2365564C1/en

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods of connecting separate units from silicon nitride, which are used in manufacturing of constructional products, for instance nozzle apparatuses, long thermosteam covers and pipes (chlorine inputs), operating in aluminium melt at temperature 1200°C, glass-melting apparatuses for glass fibre stretching at temperature to 1600°C. Said technical result is achieved by the following: method includes preparing of glue mixture based on silicon nitride, which contains, wt %: 0.5-1.0 - melted magnesium oxide, 0.5-3.0 milted aluminuim oxide, 35-41 aluminiumboronphosphate binding agent and separately - similar mixture with alumochromephosphate binding agent, application on connected surfaces of units first mixture with aluminumboronphosphate binding agent, then mixture with alumochromephosphate binding agent with further coupling of said surfaces. Burning of connected product is carried out at temperature 1000°C with staying for 2 hours.
EFFECT: expansion of assortment of connected units from silicon nitride with wide range of porosity (from 0 to 23%) and increase of adhesion strength of glue seam.
3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии изготовления керамических изделий из нитрида кремния сложной конструкции, позволяющей соединять отдельные простые детали различной формы, размеров и назначения способом склейки с толщиной клеевого шва 0,1-0,5 мм. Таким способом были получены различные изделия, например сопловой аппарат газотурбинного двигателя с рабочей температурой до 1370°С, стеклоплавильный аппарат для вытягивания стекловолокна с рабочей температурой до 1400°С, термопарные чехлы длиной до 1,5 м для работы в расплаве алюминия при температуре 1200°С и хлорвводы для подачи хлора в расплав алюминия в электролизерах.The invention relates to a technology for the manufacture of ceramic products from silicon nitride of complex design, which allows you to connect individual simple parts of various shapes, sizes and purposes by gluing with a thickness of the adhesive joint 0.1-0.5 mm Various products were obtained in this way, for example, a nozzle apparatus for a gas turbine engine with an operating temperature of up to 1370 ° C, a glass melting apparatus for drawing glass fibers with an operating temperature of up to 1400 ° C, thermocouple covers up to 1.5 m long for operation in molten aluminum at a temperature of 1200 ° C and chlorine inlets for supplying chlorine to the aluminum melt in electrolytic cells.

Известен способ соединения изделий из нитридной керамики огнеупорной массой (А.С. СССР №1092147, C04B 35/58, 1984 г.), содержащей (%) 1-5 оксида магния, 5-20 оксида циркония, 20-35 алюмохромфосфатного связующего, нитрид кремния - остальное. Соединяемые поверхности подвергают шабровке для создания шероховатости. Обжиг соединенных изделий ведут при температуре 900°С со средней скоростью нагрева 0,5 °/мин. Несмотря на высокие значения прочности соединения и термостойкости предложенный клеящий состав неработоспособен при высоких температурах службы (1300-1500°С) из-за наличия большого количества оксида циркония, который при данной температуре обжига клеевого шва и указанного количества АХФС не может превратиться полностью в цирконийфосфатное соединение, оставаясь в виде оксида циркония может при высоких температурах службы испытывать полиморфные превращения с уменьшением прочности клеевого шва. Кроме того, для соединения данным составом огнеупорной массы предполагается наличие пористости до 12% в изделиях из нитрида кремния и шероховатости, которые обеспечивают схватываемость склеиваемых поверхностей с клеевым составом.A known method of joining products from nitride ceramics with a refractory mass (AS USSR No. 1092147, C04B 35/58, 1984) containing (%) 1-5 magnesium oxide, 5-20 zirconium oxide, 20-35 aluminochromophosphate binder, silicon nitride - the rest. The surfaces to be bonded are scraped to create roughness. The fired products are fired at a temperature of 900 ° C with an average heating rate of 0.5 ° / min. Despite the high values of joint strength and heat resistance, the proposed adhesive is inoperative at high service temperatures (1300-1500 ° C) due to the presence of a large amount of zirconium oxide, which at a given firing temperature of the adhesive joint and the indicated amount of AHPS cannot completely turn into a zirconium phosphate compound Remaining in the form of zirconium oxide, it can undergo polymorphic transformations at high service temperatures with a decrease in the strength of the adhesive joint. In addition, for joining this composition of the refractory mass, it is assumed that porosity of up to 12% in products made of silicon nitride and roughness, which ensure the adhesion of the bonded surfaces with the adhesive composition.

Известен клей и способ склеивания спеченного нитрида кремния (заявка Японии 62-148380, C04B 37/00, 1987), состоящий (%) из 5-23 оксида магния, 20-50 оксида алюминия, 40-60 оксида кремния, 26-65 порошка нитрида кремния (средний размер зерна 1,5 мкм). Склеиваемые поверхности после нанесения клея нагревают в интервале температур 1500-1700°С в атмосфере инертных газов, клеевой шов образует прочное соединение. Недостатком этого клея и способа соединения являются высокие трудозатраты, связанные с обжигом, а наличие в соединительном слое стеклофазы не обеспечивает его работу при высоких температурах (1400-1600°С), поэтому этот клей чаще применяется для изготовления вентилей.A known adhesive and method for bonding sintered silicon nitride (Japanese application 62-148380, C04B 37/00, 1987), consisting (%) of 5-23 magnesium oxide, 20-50 alumina, 40-60 silicon oxide, 26-65 powder silicon nitride (average grain size of 1.5 microns). The glued surfaces after applying the adhesive are heated in the temperature range 1500-1700 ° C in an atmosphere of inert gases, the adhesive joint forms a strong connection. The disadvantage of this glue and the connection method is the high labor costs associated with firing, and the presence of a glass phase in the connecting layer does not ensure its operation at high temperatures (1400-1600 ° C), therefore this glue is more often used for the manufacture of valves.

Известен способ соединения керамики из реакционносвязанного нитрида кремния (заявка Японии 6442369, C04B 37/00, 1989 г.) с помощью клеевого состава порошка нитрида кремния с содержанием в нем до 15% кислорода и добавки порошков оксида алюминия или оксида иттрия. Единая конструкция обладает повышенной прочностью при относительно низкой температуре обжига, но наличие большого количества стеклофазы не дает возможность использовать склеенные изделия при высокой температуре службы.A known method of joining ceramic from reactive silicon nitride (Japanese application 6442369, C04B 37/00, 1989) using the adhesive composition of silicon nitride powder with a content of up to 15% oxygen and the addition of alumina or yttrium oxide powders. The single design has increased strength at a relatively low firing temperature, but the presence of a large amount of glass phase does not allow the use of glued products at high service temperatures.

Известен способ соединения керамических деталей в форме труб и дисков (заявка Японии 58-125671, C04B 37/00, 1983) путем спекания под давлением клеевого состава в соединительном шве, содержащего до 98% нитрида кремния, при этом 35% частиц имеют размер 8-120 мкм, 35% и 65% размер менее 50 мкм. В качестве связки используется смесь из карбометилцеллюлозы и олеиновой кислоты. Спекание клея проводили под давлением 70 кгс/см2 в атмосфере аргона при 1250°С в течение 1 часа. Недостатком такого способа является применение специальной аппаратуры для его осуществления.A known method of joining ceramic parts in the form of pipes and disks (Japanese application 58-125671, C04B 37/00, 1983) by sintering under pressure a adhesive composition in a joint containing up to 98% silicon nitride, with 35% of the particles having a size of 8- 120 microns, 35% and 65% size less than 50 microns. A mixture of carbomethyl cellulose and oleic acid is used as a binder. Sintering of the adhesive was carried out under a pressure of 70 kgf / cm 2 in an argon atmosphere at 1250 ° C for 1 hour. The disadvantage of this method is the use of special equipment for its implementation.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ соединения керамических изделий с помощью пасты (А.С. СССР №1622346, C04B 35/58, 1991 г.), состоящей из нитрида кремния с добавкой 1-5% оксида магния, 5-10% оксида алюминия, 5-10% поливинилового спирта, связующего из 10-30%-ного водного раствора силиката натрия в количестве 20-30%. Для лучшего сцепления поверхностей с пастой их подвергают шабровке для создания значительной шероховатости. Способ нанесения пасты обычный - кистью, шпателем. Недостатками указанного способа соединения керамических изделий являются специальная подготовка соединяемых поверхностей и низкая адгезионная прочность.The closest technical solution to the proposed invention is a method of connecting ceramic products using a paste (AS USSR No. 1622346, C04B 35/58, 1991), consisting of silicon nitride with the addition of 1-5% magnesium oxide, 5-10 % alumina, 5-10% polyvinyl alcohol, a binder from a 10-30% aqueous solution of sodium silicate in an amount of 20-30%. For better adhesion of the surfaces to the paste, they are scrapped to create significant roughness. The method of applying paste is usual - with a brush, spatula. The disadvantages of this method of joining ceramic products are the special preparation of the joined surfaces and low adhesive strength.

Для соединения изделий из плотной конструкционной керамики нитрида кремния с гладкой поверхностью специальная подготовка поверхностей неприемлема, а для работы соединяемых изделий при высоких температурах требуется более высокая прочность адгезии. При указанном способе соединения в материале шва образуется легкоплавкое стекло из-за наличия в исходной пасте силиката натрия, причем, чем больше пористость соединяемых деталей, тем больше легкоплавкого компонента в шве за счет проникновения клеевого состава в поры материала деталей. Из-за появления легкоплавкого стекла в материале шва происходит его уплотнение при термообработке, однако адгезионная прочность при высоких температурах снижается, снижается и температура службы таких соединений, что является основным недостатком прототипа.To connect products from dense structural ceramics of silicon nitride with a smooth surface, special surface preparation is unacceptable, and for the products to be joined at high temperatures, higher adhesion strength is required. With the indicated joining method, fusible glass is formed in the weld material due to the presence of sodium silicate in the initial paste, moreover, the greater the porosity of the parts to be joined, the more the fusible component in the weld due to the penetration of the adhesive into the pores of the material of the parts. Due to the appearance of fusible glass in the weld material, it is densified during heat treatment, however, the adhesive strength at high temperatures decreases, and the service temperature of such compounds decreases, which is the main disadvantage of the prototype.

Задачей изобретения является расширение ассортимента соединяемых деталей из нитрида кремния, имеющих широкий диапазон пористости 12-23% для реакционносвязанного нитрида кремния (РСНК) и нулевой пористости для горячепрессованного (ГП), а также повышение адгезионной прочности клеевого шва при изготовлении изделий сложной конструкции, работающих в диапазоне температур 1200-1500°С в агрессивных средах.The objective of the invention is to expand the range of connectable parts of silicon nitride, having a wide range of porosity of 12-23% for reactive silicon nitride (RSNA) and zero porosity for hot-pressed (GP), as well as increase the adhesive strength of the adhesive joint in the manufacture of products of complex design, working in temperature range 1200-1500 ° C in aggressive environments.

Поставленная задача достигается тем, что способ соединения керамических деталей из нитрида кремния, включающий приготовление клеевой смеси на основе нитрида кремния с добавлением оксидов магния, алюминия - наполнителя и связующего, нанесение ее на соединяемые поверхности деталей, сопряжение поверхностей и обжиг в воздушной среде, отличающийся тем, что при приготовлении клеевой смеси используют плавленые оксиды магния и алюминия, а в качестве связующего - алюмоборфосфатное и алюмохромфосфатное, причем содержание оксида магния в смеси, мас.% устанавливают 0,5-1,0, оксида алюминия 0,5-3,0, связующего 35-41, готовят смесь с алюмоборфосфатным и отдельно смесь с алюмохромфосфатным связующим и наносят на соединяемые поверхности деталей сначала приготовленную смесь с алюмоборфосфатным, затем смесь с алюмохромфосфатным связующим, а обжиг проводят при температуре 1000°С с выдержкой 2 часа. Для приготовления клеевой смеси используют наполнитель из порошка нитрида кремния с удельной поверхностью 10000 см2/г, а плавленые оксиды магния и алюминия с удельной поверхностью 3500-4000 см2/г.The problem is achieved in that the method of joining ceramic parts from silicon nitride, including the preparation of an adhesive mixture based on silicon nitride with the addition of magnesium oxides, aluminum - filler and binder, applying it to the joined surfaces of parts, mating surfaces and firing in air, characterized in that in the preparation of the adhesive mixture using fused oxides of magnesium and aluminum, and as a binder - alumina-phosphate and alumino-phosphate, and the content of magnesium oxide in the mixture, as.% set 0.5-1.0, alumina 0.5-3.0, a binder 35-41, prepare a mixture with aluminoborophosphate and separately a mixture with aluminochromophosphate binder and put on the joined surfaces of the parts, first the prepared mixture with aluminoborophosphate, then a mixture with an aluminum-chromophosphate binder, and firing is carried out at a temperature of 1000 ° C for 2 hours. To prepare the adhesive mixture, a filler is used from a silicon nitride powder with a specific surface of 10,000 cm 2 / g, and fused oxides of magnesium and aluminum with a specific surface of 3,500-4,000 cm 2 / g.

В качестве связующего используют фосфатные связки, которые отличаясь высокой реакционной способностью обладают дуктильностью, т.е. способностью образовывать длинные полимерные цепи. Спектры полос поглощения алюмоборфосфатного и алюмохромфосфатного связующих находятся в той же области, что и у нитрида кремния. Это указывает на то, что энергия химической связи компонентов клеевой смеси и энергия связи нитрида кремния очень близки, что обеспечивает проникновение атомов кислорода из связки в структуру наполнителя и тем самым создается возможность получения гомогенных клеевых составов.As a binder, phosphate bonds are used, which are highly reactive and ductile, i.e. ability to form long polymer chains. The spectra of the absorption bands of aluminoborophosphate and aluminochromophosphate binders are in the same region as that of silicon nitride. This indicates that the chemical bonding energy of the components of the adhesive mixture and the bonding energy of silicon nitride are very close, which ensures the penetration of oxygen atoms from the binder into the filler structure and thereby creates the possibility of obtaining homogeneous adhesive compositions.

В процессе нагревания в структуре материала клея зарождаются связи Si-O, P-O в тетраэдрах SiO4 (PO4), образуются новые химические соединения AlPO4, Mg3(PO4)2, которые упрочняют стеклофазу клеевого шва.During heating, Si-O, PO bonds in the SiO 4 (PO 4 ) tetrahedra are generated in the structure of the adhesive material, new chemical compounds AlPO 4 , Mg 3 (PO 4 ) 2 are formed , which strengthen the glass phase of the adhesive joint.

Химическое взаимодействие наполнителя со связкой обеспечивается его высокой дисперсностью, а адгезионное взаимодействие с соединяемыми поверхностями зависит от природы связки: так смесь нитрида кремния с АБФС отличается меньшей вязкостью и соответственно хорошей текучестью и проникновением в поры, а смесь нитрида кремния с АХФС более вязкая и менее текучая.The chemical interaction of the filler with the binder is ensured by its high dispersion, and the adhesive interaction with the joined surfaces depends on the nature of the binder: for example, a mixture of silicon nitride with ABFS has a lower viscosity and, accordingly, good fluidity and penetration into pores, and a mixture of silicon nitride with AHFS is more viscous and less fluid .

Это обуславливает последовательное нанесение состава клея: сначала наносят клеевую смесь с АБФС, которое хорошо проникая в поры детали из РСНК увеличивает слой контакта с ней и позволяет получить прочное сцепление уже на стадии сушки. При обжиге активный боросодержащий компонент образует в клеевой смеси некоторое количество стеклообразной фазы, которая способствует взаимодействию клея с нитридом кремния (как в смеси клея, так и с поверхностью нитридкремниевой детали), упрочняя контактный слой клея.This leads to a consistent application of the adhesive: first apply the adhesive mixture with ABFS, which penetrates well into the pores of the part from the RSNA increases the contact layer with it and allows you to get a strong adhesion already at the drying stage. During firing, the active boron-containing component forms a certain amount of a glassy phase in the adhesive mixture, which facilitates the interaction of the adhesive with silicon nitride (both in the adhesive mixture and with the surface of the silicon nitride part), strengthening the contact layer of the adhesive.

В случае соединения ГПНК - деталей эти процессы идут медленнее из-за его нулевой пористости и в основном образование надежного контакта происходит при обжиге. Нанесение второго состава клея с АХФС способствует повышению когезионной прочности клеевого шва. Его вероятный механизм следующий: как известно, что боросодержащая стеклообразная фаза (1 слой клея) является катализатором спекания нитрида кремния и микрокристаллизации образующих сложных соединений его с фосфатами алюминия и магния, которые уплотняют и упрочняют в процессе обжига основной материал клеевого шва.In the case of the connection of GPNC - parts, these processes are slower due to its zero porosity, and basically the formation of reliable contact occurs during firing. The application of the second adhesive composition with AHFS helps to increase the cohesive strength of the adhesive joint. Its likely mechanism is as follows: it is known that a boron-containing glassy phase (1 layer of glue) is a catalyst for sintering of silicon nitride and microcrystallization of its complex compounds with aluminum and magnesium phosphates, which condense and strengthen the main material of the adhesive joint during firing.

Таким образом, первый слой клея с АБФС обеспечивает адгезию материала клея с соединяемыми деталями нитрида кремния, второй слой, содержащий в основном кристаллофазы обеспечивает когезионную прочность шва.Thus, the first layer of glue with ABFS provides adhesion of the glue material to the connected parts of silicon nitride, the second layer containing mainly crystallophase provides cohesive strength of the weld.

Предлагаемый способ соединения применяется для деталей РСНК с пористостью 16-23%, деталей РСНК с пористостью 12-14%, деталей ГПНК с нулевой пористостью, а также деталей из РСНК и ГП.The proposed connection method is used for RSNA parts with a porosity of 16-23%, RSNA parts with a porosity of 12-14%, GPNC parts with zero porosity, as well as parts from RSNA and GP.

Последовательность изготовления клеевой смеси для соединения обычная: раздельный помол порошка нитрида кремния (полупроводниковой чистоты) до удельной поверхности 10000 см2/г (по ПСХ-4), периклаза и электрокорунда до удельной поверхности 3000-4000 см2/г, смешение молотых компонентов и приготовление гомогенных клеевых смесей: сначала со связкой АБФС (γ=1,4-1,45 г/см3); потом со связкой АХФС (γ=1,45-1,55 г/см3).The sequence of manufacturing the adhesive mixture for the connection is usual: separate grinding of silicon nitride powder (semiconductor purity) to a specific surface of 10,000 cm 2 / g (according to PSX-4), periclase and electrocorundum to a specific surface of 3,000-4,000 cm 2 / g, mixing ground components and preparation of homogeneous adhesive mixtures: first with a bunch of ABFS (γ = 1.4-1.45 g / cm 3 ); then with a bunch of AHFS (γ = 1.45-1.55 g / cm 3 ).

Соединение деталей осуществляют следующим способом: сначала соединяемые поверхности протирают влажной тканью, а затем кистью наносят на них клеевой состав с АБФС, после его впитывания (определяется визуально) наносят состав с АХФС, после чего соединяемые поверхности сопрягают; такая последовательность обусловлена разной реакционной активностью связок. Смесь с АБФС из-за меньшей вязкости быстрее проникает в поры соединяемых деталей, а при обжиге легкоплавкая стеклофаза более прочно сцепляется с изделием и со вторым слоем клея, содержащего более вязкую АХФС.The connection of parts is carried out in the following way: first, the surfaces to be connected are wiped with a damp cloth, and then a glue composition with ABFS is applied to them with a brush, after its absorption (visually determined), the composition is applied with AHFS, after which the surfaces to be joined are mated; this sequence is due to the different reactivity of the ligaments. Due to its lower viscosity, the mixture with ABFS penetrates the pores of the parts being joined faster, and during firing, the low-melting glass phase adheres more firmly to the product and to the second layer of glue containing a more viscous AChP.

Способ сопряжения и обжатия, а также выдержки под грузом обусловливается конструкцией узла заделки. Неоднократные исследования показали, что увеличение количества компонентов наполнителя и их дисперсности требует большого количества связки, что снижает плотность клеевого шва и вызывает уменьшение прочности из-за образования пор в клеевом шве. В случае MgO реакция со связкой идет мгновенно и текучесть сводится к нулю. Реакция связки с Al2O3 не мгновенная и текучесть ее лучше. Для снижения активности взаимодействия со связкой Al2O3 и MgO взяты плавлеными, что способствует продлению жизнеспособности клеевой смеси и снижению усадки материала клея при обжиге. При снижении количества добавок увеличивается температура спекания материала клея, что практически недопустимо для изделий РСНК с повышенной пористостью из-за увеличения степени окисляемости РСНК. Сушку изделий проводят при температуре 20-60°С в течение 4-16 часов, обжиг осуществляют в любой печи при температуре 1000°С в воздушной атмосфере. Скорость нагрева выбирается 20-25°С/ч в интевале 20-500°С и обусловлена основными потерями веса вследствие гидратации клеевой массы (уход свободной кристаллизационной воды, частично гидратной) и испарения газообразного соединения P2O5.The method of pairing and crimping, as well as exposure under load, is determined by the design of the seal assembly. Repeated studies have shown that increasing the number of filler components and their dispersion requires a large amount of ligament, which reduces the density of the adhesive joint and causes a decrease in strength due to the formation of pores in the adhesive joint. In the case of MgO, the reaction with the bond proceeds instantly and the fluidity is reduced to zero. The reaction of the ligament with Al 2 O 3 is not instantaneous and its fluidity is better. To reduce the activity of interaction with a binder, Al 2 O 3 and MgO were taken fused, which helps to prolong the viability of the adhesive mixture and reduce the shrinkage of the adhesive material during firing. With a decrease in the amount of additives, the sintering temperature of the adhesive material increases, which is practically unacceptable for RSNA products with increased porosity due to an increase in the oxidation state of RSNA. Drying of products is carried out at a temperature of 20-60 ° C for 4-16 hours, firing is carried out in any furnace at a temperature of 1000 ° C in an air atmosphere. The heating rate is selected at 20-25 ° C / h in the range of 20-500 ° C and is due to the main weight loss due to hydration of the adhesive mass (leaving free crystallization water, partially hydrated) and evaporation of the gaseous compound P 2 O 5 .

Скорость нагрева в интервале температур 500-1000°С составляет 40-50°С/ч, а время выдержки при 1000°С 2 часа для прохождения химической реакции в клеевом шве и обеспечения адгезионной и когезионной прочности соединенного изделия. Выше 1000°С температуру обжига поднимать не следует, так как происходит вспучивание материала шва за счет выделения большого количества газа при окислении клея по открытым поверхностям. Примеры соединения данным способом деталей из материалов на основе нитрида кремния различной пористости:The heating rate in the temperature range 500-1000 ° C is 40-50 ° C / h, and the exposure time at 1000 ° C is 2 hours to undergo a chemical reaction in the glue line and ensure the adhesion and cohesion strength of the connected product. Above 1000 ° C, the firing temperature should not be raised, since the material of the weld swells due to the release of a large amount of gas during the oxidation of the adhesive on open surfaces. Examples of joining parts from materials based on silicon nitride of different porosity in this way:

- РСНК с пористостью 14-21%,- RSNA with a porosity of 14-21%,

- РСНК с пористостью 12-14%,- RSNA with a porosity of 12-14%,

- ГПНК с нулевой пористостью и РСНК с пористостью 12-14%.- GPNK with zero porosity and RSNA with a porosity of 12-14%.

Технические характеристики клеевого шва приведены в таблице.Technical characteristics of the adhesive joint are given in the table.

Предложенным способом изготовлены следующие керамические детали:The following ceramic parts were manufactured by the proposed method:

- сопловой аппарат, лопатки которого из РСНК с пористостью 12-14% соединяют с наружными кольцами из ГПНК. Сопловой аппарат выдержал более 40 циклов нагрева на газодинамическом стенде 1600-20°С;- a nozzle apparatus, the blades of which from RSNA with a porosity of 12-14% are connected to the outer rings of GPNC. The nozzle apparatus has withstood more than 40 heating cycles on a gas-dynamic stand 1600-20 ° С;

- длинномерные термопарные чехлы и хлорвводы из отдельных, соединенных трубок из РСНК с пористостью 16-23% (хлорвводы выдержали испытания с ресурсом более 30 циклов);- long thermocouple covers and chlorine inlets from separate, connected tubes from RSNA with porosity of 16-23% (chlorine inlets passed tests with a resource of more than 30 cycles);

- стеклоплавильный аппарат для вытягивания стекловолокна при температуре стекла до 1600°С. Соединение деталей из РСНК с пористостью 16-23% происходит по горизонтальной поверхности конусной части аппарата.- a glass melting apparatus for drawing fiberglass at a glass temperature of up to 1600 ° C. The connection of parts from RSNA with a porosity of 16-23% occurs along the horizontal surface of the conical part of the apparatus.

Все соединенные изделия проверены после сушки рентгеновским методом на наличие непроклея и других дефектов после обжига. Дефекты клеевого шва не обнаружены. Все изделия прошли испытания.All connected products were checked after drying by the X-ray method for the presence of glue and other defects after firing. No glue joint defects were found. All products have been tested.

Предложенный способ позволяет соединять детали из нитридной керамики с широким диапазоном пористости, в том числе и с нулевой.The proposed method allows you to connect parts made of nitride ceramics with a wide range of porosity, including zero.

Клеевой шов соединенных деталей отличается повышенной адгезионной прочностью в отличие от прототипа, что позволяет этим методом изготавливать изделия сложной конструкции, применяя детали из разных типов нитридной керамики.The adhesive seam of the connected parts is characterized by increased adhesive strength in contrast to the prototype, which allows this method to produce products of complex design, using parts from different types of nitride ceramics.

ТаблицаTable Технические характеристикиSpecifications Примеры соединенияConnection Examples ПрототипPrototype РСНК с П=16-23%RSNA with P = 16-23% РСНК с П=12-14%RSNA with P = 12-14% РСНК с П=12-14% с деталями ГПНКRSNA with P = 12-14% with the details of GPNC Состав смеси, мас.%:The composition of the mixture, wt.%: Si3N4 Si 3 N 4 6464 60,2560.25 5555 45-6945-69 MgOMgO 0,50.5 0,750.75 1,01,0 1-51-5 Аl2О3 Al 2 O 3 0,50.5 2,02.0 3,03.0 5-105-10 связующееbinder 3535 3737 4141 -- ПВСPVA -- -- -- 5-105-10 ССSS -- -- -- 20-3020-30 Температура обжига, °СFiring temperature, ° С 10001000 10001000 10001000 800800 Выдержка, чExposure, h 22 22 22 2,52.5 Термостойкость, (теплосмены, воздух):Heat resistance, (heat exchange, air): - 1000°C-20°C- 1000 ° C-20 ° C 100-110100-110 60- 6560-65 40-4540-45 -- - 1500°С-20°С- 1500 ° С-20 ° С -- -- -- 73-7573-75 - 1600°С-20°С (на газодинамическом стенде)- 1600 ° С-20 ° С (on a gas-dynamic stand) 40-4540-45 20-2320-23 20-2520-25 -- Адгезионная прочность, МПа:Adhesive Strength, MPa: 20°С20 ° C 13-2813-28 11-1511-15 8-108-10 -- 800°С,800 ° C 15-2015-20 9-139-13 9-119-11 7-87-8 после термоциклирования (1000-20°С)after thermal cycling (1000-20 ° С) 40 циклов40 cycles -- 10-1410-14 6-76-7 -- 100 циклов100 cycles 20-5020-50 -- -- --

Claims (3)

1. Способ соединения керамических деталей из нитрида кремния, включающий приготовление клеевой смеси на основе нитрида кремния с добавлением оксидов магния, алюминия и связующего, нанесение ее на соединяемые поверхности деталей, сопряжение поверхностей и обжиг в воздушной среде, отличающийся тем, что при приготовлении клеевой смеси используют плавленые оксиды магния и алюминия, а в качестве связующего - алюмоборфосфатное и алюмохромфосфатное связующее, причем содержание оксида магния в смеси, мас.%, устанавливают 0,5-1,0, оксида алюминия - 0,5-3,0, связующего - 35-41, готовят смесь с алюмоборфосфатным и отдельно смесь с алюмохромфосфатным связующим и наносят на соединяемые поверхности деталей сначала приготовленную смесь с алюмоборфосфатным, затем смесь с алюмохромфосфатным связующим, а обжиг проводят при температуре 1000°С с выдержкой 2 ч.1. The method of joining ceramic parts made of silicon nitride, including the preparation of an adhesive mixture based on silicon nitride with the addition of magnesium oxides, aluminum and a binder, applying it to the joined surfaces of parts, mating surfaces and firing in air, characterized in that when preparing the adhesive mixture fused oxides of magnesium and aluminum are used, and aluminoborophosphate and alumochromophosphate binder are used as a binder, and the content of magnesium oxide in the mixture, wt.%, is set to 0.5-1.0, alumina is 0, 5-3.0, binder - 35-41, prepare a mixture with aluminoborophosphate and separately a mixture with aluminochromophosphate binder and first apply the mixture with aluminoborphosphate, then the mixture with alumina-phosphate binder, and then calcine at a temperature of 1000 ° C with exposure 2 hours 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в смеси используют нитрид кремния с удельной поверхностью 10000 см2/г.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture uses silicon nitride with a specific surface area of 10,000 cm 2 / g 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в смеси используют плавленые оксиды магния и алюминия с удельной поверхностью 3500-4000 см2/г. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the mixture uses fused oxides of magnesium and aluminum with a specific surface area of 3500-4000 cm 2 / g.
RU2008103050/03A 2008-01-28 2008-01-28 Method of connecting ceramic units from silicon nitride RU2365564C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008103050/03A RU2365564C1 (en) 2008-01-28 2008-01-28 Method of connecting ceramic units from silicon nitride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008103050/03A RU2365564C1 (en) 2008-01-28 2008-01-28 Method of connecting ceramic units from silicon nitride

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2365564C1 true RU2365564C1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41149796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008103050/03A RU2365564C1 (en) 2008-01-28 2008-01-28 Method of connecting ceramic units from silicon nitride

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2365564C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110483091A (en) * 2019-09-25 2019-11-22 哈尔滨工业大学 A kind of connection method of porous silicon nitride ceramic

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110483091A (en) * 2019-09-25 2019-11-22 哈尔滨工业大学 A kind of connection method of porous silicon nitride ceramic

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106946579B (en) Preparation method of 1500 ℃ resistant light rigid ceramic fiber heat insulation tile
US8551897B2 (en) Inorganic fiber
JP5665295B2 (en) Moderately refractory assembly process for SiC-based material articles by non-reactive brazing, brazing composition, and joints and assemblies obtained by this process
US9776929B2 (en) Method for assembling parts made of SiC materials by means of non-reactive brazing in an oxidizing atmosphere, brazing compositions, and gasket and assembly obtained by said method
US20150247077A1 (en) Adhesive Composition and Method to Join Non-Oxide Silicon Based Ceramic Parts
US5260125A (en) Ceramic composite of aluminoborosilicate fibers coated with several layers
CN104230364A (en) Preparation process of rod-like ZrB2 toughened ZrB2-SiC ultrahigh-temperature ceramic
CN112125649B (en) Preparation method of three-phase ceramic fiber composite heat insulation tile
CN113480308A (en) High-temperature-resistant ablation-resistant low-temperature chemically bonded phosphate group ceramizable material and preparation method thereof
CN106396697A (en) Preparation method of anti-oxidation zirconia-carbon composite fireproof fiber
RU2365564C1 (en) Method of connecting ceramic units from silicon nitride
EP3040323B1 (en) Method for bonding dissimilar ceramic components, and composite object obtained
JP2014111534A (en) MODERATELY REFRACTORY ASSEMBLY METHOD OF OBJECTS MADE OF SiC-BASED MATERIALS VIA NON-REACTIVE BRAZING OF COMPOSITION FOR BRAZING WITHIN OXIDATIVE ATMOSPHERE, AND JOINT AND ASSEMBLY OBTAINED BY THIS METHOD
He et al. Low-temperature joining of SiC ceramics with Y2O3-Al2O3 interlayer by SiO2-based liquid phase extrusion strategy
US8652980B2 (en) Inorganic fiber
CN101528623B (en) Inorganic fiber
Xie et al. Effects of adhesive composition on bond strength of joined silicon nitride ceramics
US5350447A (en) Coating for ceramic composites
CN111943707A (en) Adhesive for mullite ceramic tube and preparation method and application method thereof
KR20110048991A (en) Silicon carbide ceramic compositions for high temperature hot gas filters by mullite-zirconia bonding and preparing method of hot gas filters using this
CN104395513A (en) Heat-resistant inorganic fiber
He et al. Improvement of the shear strength of SiC joint with CaO–Al2O3–MgO–SiO2 glass filler by surface etching
WO2018208785A1 (en) High temperature sealant and methods thereof
Zhu et al. Alumina joints brazed by screen-printed B4C–SiO2 in air
RU2604530C1 (en) Composition for bonding ceramic composite materials based on silicon carbide

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20120926

PD4A Correction of name of patent owner