RU2397969C1 - Ceramic composite material - Google Patents
Ceramic composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2397969C1 RU2397969C1 RU2009116147/03A RU2009116147A RU2397969C1 RU 2397969 C1 RU2397969 C1 RU 2397969C1 RU 2009116147/03 A RU2009116147/03 A RU 2009116147/03A RU 2009116147 A RU2009116147 A RU 2009116147A RU 2397969 C1 RU2397969 C1 RU 2397969C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic composite
- composite material
- silicon
- matrix
- heat resistance
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к керамическим композиционным материалам и может быть использовано в авиационной технике и машиностроении при изготовлении теплонагруженных деталей газотурбинных установок и двигателей газо-, нефтеперекачивающих, энергетических и транспортных систем и др., эксплуатируемых в условиях циклических нагревов при температуре 1400°С.The invention relates to ceramic composite materials and can be used in aeronautical engineering and mechanical engineering in the manufacture of heat-loaded parts of gas turbine units and engines of gas, oil pumping, energy and transport systems, etc., operated under conditions of cyclic heating at a temperature of 1400 ° C.
Известен керамический композиционный материал, содержащий углеродные волокна и матрицу, состоящую из карбида кремния, бора и пироуглерода, распределенного в ее объеме и на поверхности материала, при следующем соотношении компонентов в матрице, мас.%:Known ceramic composite material containing carbon fibers and a matrix consisting of silicon carbide, boron and pyrocarbon distributed in its volume and on the surface of the material, in the following ratio of components in the matrix, wt.%:
(патент РФ №2203218).(RF patent No. 2203218).
Керамический композиционный материал может быть использован при изготовлении изделий, например уплотнительных колец, работающих в агрессивных средах, на воздухе при температуре 900°С.Ceramic composite material can be used in the manufacture of products, for example, sealing rings operating in aggressive environments, in air at a temperature of 900 ° C.
Известен также керамический композиционный материал следующего химического состава, мас.%:Also known is a ceramic composite material of the following chemical composition, wt.%:
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:in the following ratio of glass matrix components, wt.%:
(патент США №4511663).(US patent No. 4511663).
Известный керамический композиционный материал может быть использован для изготовления теплонагруженных деталей, применяющихся в авиационной технике и машиностроении.Known ceramic composite material can be used for the manufacture of heat-loaded parts used in aircraft and mechanical engineering.
К недостаткам этих материалов следует отнести невысокую термостойкость (стойкость к циклическим нагревам) и жаростойкость при температуре 1400°С.The disadvantages of these materials include low heat resistance (resistance to cyclic heating) and heat resistance at a temperature of 1400 ° C.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является керамический композиционный материал, содержащий углеродные волокна и матрицу, включающую кремний, углерод, тетраборид кремния, карбид кремния, при следующем соотношении компонентов матрицы, мас.%:The closest analogue taken for the prototype is a ceramic composite material containing carbon fibers and a matrix including silicon, carbon, silicon tetraboride, silicon carbide, in the following ratio of matrix components, wt.%:
(патент РФ №2297992).(RF patent No. 2297992).
Недостатками керамического композиционного материала-прототипа являются недостаточная термостойкость и жаростойкость (убыль массы) при длительной эксплуатации материала при температуре 1400°С.The disadvantages of the ceramic composite material of the prototype are insufficient heat resistance and heat resistance (loss of mass) during prolonged use of the material at a temperature of 1400 ° C.
Следует отметить, что в условиях окислительной среды изменение (на 50-100°С) рабочей температуры керамических композиционных материалов, матрица которых содержит борсодержащие компоненты, оказывает значительное влияние на процесс окисления и количество образуемой боросиликатной стеклосвязки, что приводит к изменению эксплуатационных характеристик материала в процессе длительной эксплуатации.It should be noted that in an oxidizing environment, a change (by 50-100 ° С) of the working temperature of ceramic composite materials, the matrix of which contains boron-containing components, has a significant effect on the oxidation process and the amount of borosilicate glass bond formed, which leads to a change in the operational characteristics of the material in the process long operation.
Технической задачей изобретения является увеличение термостойкости и жаростойкости керамического композиционного материала при рабочей температуре 1400° в течение длительного времени (свыше 100 ч).An object of the invention is to increase the heat resistance and heat resistance of the ceramic composite material at an operating temperature of 1400 ° for a long time (over 100 hours).
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен керамический композиционный материал, содержащий углеродные волокна и матрицу, включающую кремний, углерод, тетраборид кремния, карбид кремния, которая дополнительно содержит диоксид кремния, карбид бора и борный ангидрид, при следующем соотношении компонентов матрицы, мас.%:The stated technical problem is achieved by the fact that the proposed ceramic composite material containing carbon fibers and a matrix including silicon, carbon, silicon tetraboride, silicon carbide, which additionally contains silicon dioxide, boron carbide and boric anhydride, in the following ratio of matrix components, wt.% :
Авторами установлено, что дополнительное введение в матрицу диоксида кремния, карбида бора, борного ангидрида при заявленных соотношении и содержании компонентов приводит к образованию при 1400°С в окислительной среде достаточного количества вязкой защитной боросиликатной стеклосвязки, обладающей способностью релаксировать термоупругие напряжения и препятствующей диффузии кислорода в объем материала, что повышает его термостойкость и жаростойкость.The authors found that the additional introduction into the matrix of silicon dioxide, boron carbide, boric anhydride at the stated ratio and content of components leads to the formation at 1400 ° C in an oxidizing medium of a sufficient amount of viscous protective borosilicate glass-bond, which has the ability to relax thermoelastic stresses and prevents the diffusion of oxygen into the volume material, which increases its heat resistance and heat resistance.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Для получения керамического композиционного материала были приготовлены композиции предлагаемого материала (1-3) и материала-прототипа (4), соотношение компонентов в которых приведено в таблице 1.To obtain a ceramic composite material, the compositions of the proposed material (1-3) and the prototype material (4) were prepared, the ratio of the components in which are shown in table 1.
Дисперсные частицы матрицы карбида кремния, кремния, углерода (SiC, Si, С) смешивали с частицами тетраборида кремния (SiB4) и карбида бора (В4С) и углеродными волокнами в полиэтиленовых барабанах.Dispersed particles of a matrix of silicon carbide, silicon, carbon (SiC, Si, C) were mixed with particles of silicon tetraboride (SiB 4 ) and boron carbide (B 4 C) and carbon fibers in polyethylene drums.
В качестве углеродного волокнистого материала использовали углеродные волокна УКНП-5000.The carbon fiber UKNP-5000 was used as the carbon fiber material.
Полученную смесь засыпали в пресс-форму и прессовали при температуре 120-150°С. Затем пресс-заготовки подвергали высокотемпературной термообработке в вакуумной печи при температуре 1400-1450°С.The resulting mixture was poured into the mold and pressed at a temperature of 120-150 ° C. Then, the billet was subjected to high temperature heat treatment in a vacuum oven at a temperature of 1400-1450 ° C.
После термообработки в вакууме образцы подвергали пропитке золем в системе SiO2-В2О3 с промежуточной сушкой на воздухе в течение 24 ч.After heat treatment in vacuum, the samples were impregnated with sol in a SiO 2 –B 2 O 3 system with intermediate drying in air for 24 h.
Свойства предлагаемого керамического композиционного материала и материала-прототипа приведены в таблице 2.The properties of the proposed ceramic composite material and the material of the prototype are shown in table 2.
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что термостойкость предлагаемого керамического композиционного материала в ~2,5 раза выше, чем у материала-прототипа. Привес массы материала при испытаниях на жаростойкость подтверждает образование защитной боросиликатной стеклосвязки. Жаростойкость предлагаемого керамического композиционного материала, в мас.%: 100 ч - 1,8÷2,1; 200 ч - 2,2÷2,7; 300 ч - 2,8÷2,9; 400 ч - 3,2÷3,5, в то же время у материала-прототипа наблюдается убыль массы и разрушение после 100 ч испытаний при 1400°С вследствие окисления углеродного наполнителя.Analysis of the obtained results indicates that the heat resistance of the proposed ceramic composite material is ~ 2.5 times higher than that of the prototype material. The weight gain of the material during heat resistance tests confirms the formation of a protective borosilicate glass bond. The heat resistance of the proposed ceramic composite material, in wt.%: 100 h - 1.8 ÷ 2.1; 200 h - 2.2 ÷ 2.7; 300 h - 2.8 ÷ 2.9; 400 h - 3.2 ÷ 3.5, at the same time, the prototype material exhibits mass loss and destruction after 100 h of testing at 1400 ° C due to oxidation of the carbon filler.
Таким образом, применение предлагаемого керамического композиционного материала с повышенной термостойкостью и жаростойкостью при изготовлении теплонагруженных деталей газотурбинных установок и двигателей газо-, нефтеперекачивающих, энергетических и транспортных систем и др., эксплуатируемых длительное время в условиях циклических нагревов при температуре 1400°С, позволяет повысить надежность и ресурс изделий.Thus, the use of the proposed ceramic composite material with increased heat resistance and heat resistance in the manufacture of heat-loaded parts of gas turbine units and engines of gas, oil pumping, energy and transport systems, etc., operated for a long time under conditions of cyclic heating at a temperature of 1400 ° C, improves reliability and resource products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009116147/03A RU2397969C1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | Ceramic composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009116147/03A RU2397969C1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | Ceramic composite material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2397969C1 true RU2397969C1 (en) | 2010-08-27 |
Family
ID=42798731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009116147/03A RU2397969C1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | Ceramic composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2397969C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018093506A1 (en) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | General Electric Company | Composite material and method for making |
-
2009
- 2009-04-29 RU RU2009116147/03A patent/RU2397969C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018093506A1 (en) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | General Electric Company | Composite material and method for making |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102910926B (en) | Preparation method of high-temperature-resistant silicon carbide aerogel heat-insulation composite material | |
Wang et al. | Gradient structure high emissivity MoSi2-SiO2-SiOC coating for thermal protective application | |
CN103922778A (en) | Three-dimensional alumina fiber fabric reinforced oxide ceramic and preparation method thereof | |
CN1718560A (en) | Carbon-fiber reinforced silicon carbide composite material antioxidation coating layer and its preparation method | |
Li et al. | Improvement of sealing performance for Al2O3 fiber-reinforced compressive seals for intermediate temperature solid oxide fuel cell | |
Ma et al. | Processing and characterization of three-dimensional carbon fiber-reinforced Si–O–C composites via precursor pyrolysis | |
CN112279685A (en) | MTaO with environmental thermal barrier coating4Graphite-based composite material and preparation method thereof | |
RU2397969C1 (en) | Ceramic composite material | |
CN100347133C (en) | Composite reinforced quartz-base composite material with carbon fibre and silicon carbide granule and production thereof | |
CN111320837B (en) | High-residual-strength phenolic aldehyde flame-retardant system glass fiber reinforced plastic material and preparation method thereof | |
RU2392250C1 (en) | Ceramic composite material | |
KR100905217B1 (en) | A sealing materials contained alumina particle for solid oxide fuel cell | |
Shan et al. | Oxidation behavior in wet oxygen environment of Al2O3 added reaction-sintered Si-BC ceramics | |
RU2388727C1 (en) | Ceramic composite material | |
CN109836163A (en) | A kind of raising SiCf/ Si-B-C self-healing ceramic matric composite water resistant to high temperatures/oxygen attack performance method | |
Shan et al. | MDOxidation behavior in wet oxygen environment of Al2O3 modified SiCf/(SiC+ B4C) at 1200° C | |
RU2560046C1 (en) | Ceramic oxidating-resistant composite material and product made from it | |
RU2359927C1 (en) | Ceramic composite material | |
CN115636692A (en) | High-temperature-resistant and anti-oxidation ceramic coating and preparation method and application thereof | |
RU2290371C1 (en) | Protective coating | |
KR102211643B1 (en) | Foamed glass having high strength and method of manufacturing the same | |
He et al. | Preparation and mechanical performance of ductile Csf/Al2O3–BN composites—Part 2: Effects of fiber contents and ablation properties | |
RU2352543C1 (en) | Composite material and product made of it | |
CN114804830B (en) | Geopolymer-based composite material, preparation method thereof and application thereof in aircraft heat-proof structure | |
RU2310628C1 (en) | Composite material and device made from this material |