RU2421429C2 - Composite multilayer materials, methods of making cowling, cut off half-sphere, shell, half-shell and apparatus for realising said methods - Google Patents
Composite multilayer materials, methods of making cowling, cut off half-sphere, shell, half-shell and apparatus for realising said methods Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421429C2 RU2421429C2 RU2007128694/03A RU2007128694A RU2421429C2 RU 2421429 C2 RU2421429 C2 RU 2421429C2 RU 2007128694/03 A RU2007128694/03 A RU 2007128694/03A RU 2007128694 A RU2007128694 A RU 2007128694A RU 2421429 C2 RU2421429 C2 RU 2421429C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- layers
- titanium
- layer
- silicon
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии создания композиционных материалов (КМ) и способам изготовления корпусных элементов авиационно-ракетно-космических изделий. Известен углерод-металлический композиционный материал (КМ) на основе алюминиево-литиевого и магниево-литиевых сплавов, упрочненный углеродным волокном, способ и устройство для изготовления изделия типа обечайки (Патент РФ №2171311, Бюл. №21-2001).The invention relates to a technology for creating composite materials (KM) and methods for manufacturing body elements of aerospace products. Known carbon-metal composite material (KM) based on aluminum-lithium and magnesium-lithium alloys, reinforced with carbon fiber, a method and apparatus for the manufacture of shell-type products (RF Patent No. 2171311, Bull. No. 21-2001).
Однако использование известного композиционного материала при высоких скоростях в воздушной среде требует тепловой защиты.However, the use of a known composite material at high speeds in air requires thermal protection.
Известен углерод-углеродный КМ с внешним наружным слоем карбонитридных соединений титана, способ и устройства для изготовления изделия типа обечайки (Патент РФ №2228917, Бюл. №14-2004).Known carbon-carbon KM with an outer outer layer of titanium carbonitride compounds, a method and apparatus for the manufacture of shell type products (RF Patent No. 2228917, Bull. No. 14-2004).
В известном композиционном материале недостаточно высокий уровень жаростойкости и герметичности.In the known composite material, the level of heat resistance and tightness is not high enough.
Известен способ и устройство горячего прессования изделия из КМ, позволяющие формировать изделие в виде усеченной полусферы (Патент РФ №2212341, Бюл. №26-2003).A known method and device for hot pressing products from KM, allowing to form the product in the form of a truncated hemisphere (RF Patent No. 2212341, Bull. No. 26-2003).
В известном способе и устройстве затруднено формирование на внутренней поверхности различных конструктивных элементов типа бобышки, фитинга и др.In the known method and device, it is difficult to form on the inner surface of various structural elements such as boss, fitting, etc.
Известен способ и устройство плазменного напыления порошка с использованием эффекта сверхпластичного состояния напыляемой поверхности (Патент РФ №2199604, Бюл. №6-2003).A known method and device for plasma spraying of powder using the effect of superplastic state of the sprayed surface (RF Patent No. 2199604, Bull. No. 6-2003).
Однако при плазменном напылении развиваются недостаточно высокие скорости напыляемого порошка, что снижает контактную прочность и не снимает полностью остаточную пористость напыляемого слоя.However, with plasma spraying, insufficiently high speeds of the sprayed powder develop, which reduces the contact strength and does not completely remove the residual porosity of the sprayed layer.
Известен силицированный графит, получаемый пропиткой графитовых заготовок жидким кремнием (см. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. - М.: Металлургия, 1986, с.190-194).Known siliconized graphite obtained by impregnating graphite blanks with liquid silicon (see Tuchinsky LI Composite materials obtained by the method of impregnation. - M .: Metallurgy, 1986, S. 190-194).
Однако силицированный графит имеет низкий уровень прочностных свойств.However, siliconized graphite has a low level of strength properties.
Известен способ и устройство центробежного литья металла, включающий опоку, механизм вращения и литниковую систему. (Политехнический словарь. Гл. ред. И.И.Артобольский, Советская энциклопедия, 1976, с.259).A known method and device for centrifugal casting of metal, including flask, rotation mechanism and gating system. (Polytechnical Dictionary. Edited by I.I. Artobolsky, Soviet Encyclopedia, 1976, p. 259).
Недостатками известных способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
- активное окисление поверхности формируемой отливки;- active oxidation of the surface of the formed casting;
- сложность получения сверхтонкой по толщине отливки.- the difficulty of obtaining ultrafine casting thickness.
Известен способ формирования отливки с синтетическими карбидами (Патент РФ №2080206, Бюл. №15-1997), включающий ввод синтетических карбидов в расплав и вытягивание из него отливки вверх. Однако подобным способом затруднено получить отливку в виде тонкостенной обечайки.A known method of forming a casting with synthetic carbides (RF Patent No. 2080206, bull. No. 15-1997), including the introduction of synthetic carbides into the melt and pulling the casting from it up. However, in a similar manner it is difficult to obtain a casting in the form of a thin-walled shell.
Ближайшим аналогом является КМ, способ изготовления из него корпуса типа оболочки и устройства для его осуществления (Заявка №2002132948/02, Решение ФГУ ФИПС, от 30.01.2007 г.).The closest analogue is KM, a method of manufacturing a shell type shell and a device for its implementation from it (Application No. 20022132948/02, Decision of the Federal State Institution FIPS, dated January 30, 2007).
КМ включает углерод-металлическую (Патент РФ №2171311) и углерод-углеродную (Патент РФ №2228917) части, соединенные промежуточным слоем карбонизированного углерода и наружным внешним слоем карбонитридных соединений титана.KM includes carbon-metal (RF Patent No. 2171311) and carbon-carbon (RF Patent No. 2228917) parts connected by an intermediate layer of carbonized carbon and the outer outer layer of titanium carbonitride compounds.
Способ формирования карбонитридных соединений титана включает плазменное газодинамическое напыление титана в среде азота с использованием сопла типа Вентури.The method of forming titanium carbonitride compounds includes plasma gas-dynamic spraying of titanium in a nitrogen medium using a Venturi-type nozzle.
Изделия, изготовленные из известного КМ, обладают недостаточно высоким уровнем жаростойкости.Products made from the well-known KM have an insufficiently high level of heat resistance.
Кроме того, при плазменном газодинамическом напылении исходного порошка с использованием сопла типа Вентури развиваются недостаточно высокие скорости потока.In addition, with plasma gas-dynamic spraying of the initial powder using a Venturi-type nozzle, insufficiently high flow rates develop.
Задачей настоящего изобретения является создание углерод-углеродного и углерод-металлического или только углерод-углеродного композиционных материалов с наружными и внутренними слоями карбонитридных соединений титана и кремния, внутренними промежуточными пористыми слоями карбонизированного углерода с поверхностными медно-титановыми слоями и охлаждаемые газожидкостным потоком на основе инертного газа или нагреваемые инертным газом, разработка способов изготовления изделий типа цилиндрических, конусных обечаек, усеченной полусферы и других элементов, оболочки и полуоболочки с повышенными показателями удельной прочности, теплостойкости, жаростойкости, жаропрочности, сопротивления хрупкому разрушению, отражающей и поглощающей способностей, точности геометрических параметров, а также устройств для реализации способов.An object of the present invention is to provide carbon-carbon and carbon-metal or only carbon-carbon composite materials with outer and inner layers of carbonitride titanium and silicon compounds, inner intermediate porous layers of carbonized carbon with copper-titanium surface layers and cooled by an inert gas-liquid flow or heated with an inert gas, the development of methods for manufacturing products such as cylindrical, conical shells, truncated hemispheres ery and other elements, shells and half-shells with increased indicators of specific strength, heat resistance, heat resistance, heat resistance, resistance to brittle fracture, reflective and absorbing abilities, accuracy of geometric parameters, as well as devices for implementing the methods.
Техническим результатом, получаемым в результате осуществления изобретения, является снижение массы и повышение надежности конструкций авиационно-ракетно-космических изделий.The technical result obtained as a result of the implementation of the invention is to reduce the mass and increase the reliability of the structures of aerospace products.
Поставленная задача достигается путем изготовления полуфабрикатов изделий из углерод-металлического и углерод-углеродного или только углерод-углеродного КМ с внутренними промежуточными пористыми слоями карбонизированного углерода и медно-титановыми поверхностными слоями, охлаждаемыми газожидкостным потоком на основе инертного газа или нагреваемыми инертным газом, внешним наружным и внутренними слоями карбонитридных соединений титана и кремния углерод-углеродной части КМ.The problem is achieved by manufacturing semi-finished products from carbon-metal and carbon-carbon or only carbon-carbon CM with inner intermediate porous layers of carbonized carbon and copper-titanium surface layers cooled by a gas-liquid flow based on an inert gas or heated by an inert gas, external external and the inner layers of carbonitride compounds of titanium and silicon carbon-carbon part of the CM.
В углерод-металлическом и углерод-углеродном КМ слои располагают в следующей последовательности: наружный внешний слой карбонитридных соединений титана и кремния, → углерод-углеродный слой, → слой карбонитридных соединений титана и кремния, → медно-титановый слой, → пористый слой карбонизированного углерода, → медно-титановый слой, → слой карбонитридных соединений титана и кремния, → углерод-углеродный слой, → слой карбонитридных соединений титана и кремния, → медно-титановый слой, → пористый слой карбонизированного углерода, → медно-титановый слой, → алюминиево-магниево-литиевый слой, упрочненный углеродным волокном, → медно-титановый слой, → пористый слой карбонизированного углерода, → медно-титановый слой, → алюминиево-магниево-литиевый слой, упрочненный углеродным волокном, → медно-титановый слой, → пористый слой карбонизированного углерода, → медно-титановый слой, → алюминиево-магниево-литиевый слой, упрочненный углеродным волокном.In the carbon-metal and carbon-carbon CM, the layers are arranged in the following sequence: the outer outer layer of the titanium and silicon carbonitride compounds, → the carbon-carbon layer, → the titanium and silicon carbonitride compound layer, → the copper-titanium layer, → the porous carbonized carbon layer, → a copper-titanium layer, → a layer of carbonitride titanium and silicon compounds, → a carbon-carbon layer, → a layer of carbonitride titanium and silicon compounds, → a copper-titanium layer, → a porous layer of carbonized carbon, → me nano-titanium layer, → aluminum-magnesium-lithium layer reinforced with carbon fiber → copper-titanium layer, → porous layer of carbonized carbon, → copper-titanium layer, → aluminum-magnesium-lithium layer reinforced with carbon fiber, → copper titanium layer, → a porous layer of carbonized carbon, → a copper-titanium layer, → an aluminum-magnesium-lithium layer reinforced with carbon fiber.
В углерод-углеродном КМ слои располагают в следующей последовательности: наружный внешний слой карбонитридных соединений титана и кремния, → углерод-углеродный слой, → слой карбонитридных соединений титана и кремния, → медно-титановый слой, → пористый слой карбонизированного углерода, → медно-титановый слой, → слой карбонитридных соединений титана и кремния, → углерод-углеродный слой, → слой карбонитридных соединений титана и кремния, → медно-титановый слой, → пористый слой карбонизированного углерода, → медно-титановый слой, → слой карбонитридных соединений титана и кремния, → углерод-углеродный слой, → наружный внутренний слой карбонитридных соединений титана и кремния.In the carbon-carbon CM, the layers are arranged in the following sequence: the outer outer layer of the titanium and silicon carbonitride compounds, → the carbon-carbon layer, → the layer of titanium and silicon carbonitride compounds, → the copper-titanium layer, → the porous carbonized carbon layer, → copper-titanium layer, → layer of titanium and silicon carbonitride compounds, → carbon-carbon layer, → layer of titanium and silicon carbonitride compounds, → copper-titanium layer, → porous carbonized carbon layer, → copper-titanium layer, → layer ith carbonitride titanium and silicon compounds, → carbon-carbon layer, → outer inner layer of titanium and silicon carbonitride compounds.
Способы формирования и изготовления полуфабрикатов изделий из КМ в виде цилиндрической и конусной обечаек, усеченной полусферы и других элементов, оболочки или полуоболочки состоят из нескольких этапов и включают: формирование углерод-металлического полуфабриката из алюминиево-магниево-литиевых сплавов, упрочненных углеродным волокном; формирование углерод-углеродного полуфабриката с наружными слоями карбонитридных соединений титана и кремния; формирование промежуточного полуфабриката из карбонизированного пористого углерода с наружными медно-титановыми слоями; плазменное и газодинамическое напыление на наружные соприкасающиеся поверхности полуфабрикатов лития или полимерного связующего; сборку многослойного полуфабриката обечайки путем надевания одной на другую или укладки в штамповый блок одной усеченной полусферы в другую; формирование связующего слоя на основе лития или карбонизированного углерода диффузионной сваркой или карбонизацией полимерного связующего под напряжением.Methods of forming and manufacturing semi-finished products from CM in the form of cylindrical and conical shells, truncated hemispheres and other elements, shells or half shells consist of several stages and include: the formation of a carbon-metal semi-finished product from aluminum-magnesium-lithium alloys reinforced with carbon fiber; the formation of carbon-carbon semi-finished product with the outer layers of titanium and silicon carbonitride compounds; the formation of an intermediate semi-finished product of carbonized porous carbon with outer copper-titanium layers; plasma and gas-dynamic spraying on the external contacting surfaces of semi-finished lithium or a polymer binder; Assembly of a multilayer prefabricated shell by putting one on top of another or laying one truncated hemisphere into another in a stamp block; the formation of a bonding layer based on lithium or carbonized carbon by diffusion welding or carbonization of a polymer binder under tension.
С целью формирования пористого сквозного слоя карбонизированного углерода осуществляют нагрев и вакуумирование полимерного связующего с одновременной продувкой его инертным газом путем искусственного натекания.In order to form a porous through layer of carbonized carbon, the polymer binder is heated and evacuated while it is flushed with an inert gas by means of artificial leakage.
С целью обеспечения рассеивания высокоэнергетического теплового воздействия КМ содержит высокотеплопроводные медные, медно-серебряные или серебряные слои, которые контактируют с другими слоями КМ.In order to ensure the dissipation of high-energy thermal effects, KM contains highly heat-conducting copper, copper-silver or silver layers that are in contact with other layers of KM.
Сборка оболочки из углерод-металлических и углерод-углеродных обечаек и усеченных полусфер осуществляется в следующей последовательности: плазменное напыление на наружную поверхность шпангоута лития, сборка, сварка смежных обечаек, усеченных полусфер и шпангоутов по наружному внутреннему слою, → плазменное напыление на поверхность сварной зоны лития, укладка полуколец из пористого карбонизированного углерода с поверхностными медно-титановыми слоями, диффузионная сварка контактирующих поверхностей, заварка наружных металлических зазоров, → плазменное напыление лития, укладка полуколец из углерод-металлического КМ, диффузионная сварка контактирующих поверхностей и электронно-лучевая или лазерная заварка зазоров, → плазменное напыление лития, укладка полуколец из пористого углерода, диффузионная сварка контактирующих поверхностей и заварка наружных металлических зазоров, → плазменное напыление лития, укладка полуколец из углерод-металлического КМ, диффузионная сварка контактирующих поверхностей и электронно-лучевая или лазерная заварка зазоров, → плазменное напыление лития, укладка полуколец из пористого углерода, диффузионная сварка контактирующих поверхностей и электронно-лучевая или лазерная заварка наружных металлических зазоров, → газодинамическое напыление полимерного связующего, укладка углерод-углеродных полуколец с поверхностными слоями карбонитридных соединений титана и кремния, карбонизация под напряжением полимерного связующего, формирование в зазоре плазменным напылением внутреннего слоя карбонитридных соединений титана и кремния, формирование в зазоре углерод-углеродного слоя путем газодинамического напыления полимерного связующего, укладки углеродного волокна с последующей карбонизацией и графитацией плазменным нагревом полимерного связующего, формирование плазменным напылением наружного слоя карбонитридных соединений титана и кремния, → газодинамическое напыление полимерного связующего, укладка полуколец из пористого углерода с поверхностными медно-титановыми слоями, карбонизация под напряжением полимерного связующего, электронно-лучевая или лазерная сварка медно-титановых наружных слоев, → газодинамическое напыление полимерного связующего, укладка углерод-углеродных полуколец с поверхностными слоями карбонитридных соединений титана и кремния, карбонизация под напряжением полимерного связующего, формирование в зазоре плазменным напылением внутреннего слоя карбонитридных соединений титана и кремния, формирование в зазоре углерод-углеродного слоя путем газодинамического напыления полимерного связующего, укладка углеродного волокна с последующей карбонизацией и графитацией плазменным нагревом полимерного связующего, формирование плазменным напылением наружного слоя карбонитридных соединений титана и кремния.The assembly of the shell from carbon-metal and carbon-carbon shells and truncated hemispheres is carried out in the following sequence: plasma spraying on the outer surface of the lithium frame, assembly, welding of adjacent shells, truncated hemispheres and frames on the outer inner layer, → plasma spraying on the surface of the lithium weld zone , laying of rings of porous carbonized carbon with surface copper-titanium layers, diffusion welding of contacting surfaces, welding of external metal gaps, → plasma spraying of lithium, laying half rings of carbon-metal KM, diffusion welding of contacting surfaces and electron beam or laser welding of gaps, → plasma spraying of lithium, laying half rings of porous carbon, diffusion welding of contacting surfaces and welding of external metal gaps, → plasma spraying of lithium, laying of half rings made of carbon-metal KM, diffusion welding of contacting surfaces and electron beam or laser welding of gaps, → plasma deposited lithium spraying, laying of porous carbon half rings, diffusion welding of contacting surfaces and electron beam or laser welding of external metal gaps, → gas-dynamic spraying of a polymer binder, laying of carbon-carbon half rings with surface layers of titanium and silicon carbonitride compounds, voltage carbonization of a polymer binder the formation in the gap by plasma spraying of the inner layer of titanium and silicon carbonitride compounds, the formation of carbon-carbon in the gap native layer by gas-dynamic spraying of a polymeric binder, laying carbon fiber followed by carbonization and graphitization by plasma heating of a polymeric binder, plasma spraying of the outer layer of carbonitride titanium and silicon compounds, → gas-dynamic spraying of a polymeric binder, laying of half rings of porous carbon with surface copper-titanium layers, energized carbonization of the polymer binder, electron beam or laser welding of copper-titanium external layers, → gas-dynamic spraying of a polymer binder, laying carbon-carbon semicircles with surface layers of titanium and silicon carbonitride compounds, energized polymer binder, the formation of an inner layer of titanium and silicon carbonitride compounds in the gap by plasma spraying, the formation of a carbon-carbon layer in the gap by gas-dynamic spraying a polymer binder, laying carbon fiber, followed by carbonization and graphitization by plasma heating of the polymer vyazuyuschego forming by plasma spraying the outer layer of titanium carbonitride and silicon compounds.
Оболочку собирают из углерод-углеродных и углерод-металлических обечаек, усеченных полусфер, с внутренней стороны к металлической части приваривают шпангоуты, с наружной стороны металлической части сварной зоны формируют промежуточный пористый слой карбонизированного углерода и приклеивают с последующей карбонизацией полимерного связующего под напряжением углерод-углеродные полукольца с наружными и внутренними слоями карбонитридных соединений титана и кремния, а также промежуточным пористым слоем карбонизированного углерода.The shell is assembled from carbon-carbon and carbon-metal shells, truncated hemispheres, frames are welded on the inside of the metal part, an intermediate porous layer of carbonized carbon is formed on the outside of the metal part of the welded zone, and carbon-carbon half rings are glued followed by carbonization of the polymer binder under tension with the outer and inner layers of titanium and silicon carbonitride compounds, as well as an intermediate porous layer of carbonized carbon.
С целью повышения прочностных свойств стыковочного соединения размер полуколец выполнен таким образом, чтобы полукольца перекрывали стыковочные зазоры предыдущих полуколец с аналогичными слоями КМ смежных обечаек или обечайки и усеченной полусферы.In order to increase the strength properties of the joint, the size of the half rings is made in such a way that the half rings overlap the joint gaps of the previous half rings with similar layers of CM adjacent shells or shells and a truncated hemisphere.
Сборка полуоболочки, состоящей из усеченной полусферы, цилиндрической обечайки в виде сопла типа Ловаля или Вентури и многослойного углерод-углеродного композиционного материала, включает: формирование на разъемной оправке углерод-углеродного слоя с титановым герметичным покрытием в виде сопряженной цилиндрической обечайки и обечайки в виде сопла типа Ловаля или Вентури с последующим высокотемпературным азотированием титанового покрытия и плазменным скоростным напылением карбидов кремния, кремния в среде азота на наружную поверхность точной заготовки, а также центробежным литьем расплава кремния и карбидов кремния на внутреннюю наружную поверхность точной заготовки с последующим высокотемпературным азотированием кремния.The assembly of a half-shell consisting of a truncated hemisphere, a cylindrical shell in the form of a nozzle of the Loval or Venturi type and a multilayer carbon-carbon composite material, includes: forming a carbon-carbon layer with a titanium hermetic coating in the form of a conjugated cylindrical shell and a shell in the form of a nozzle of the type Lovalya or Venturi followed by high-temperature nitriding of the titanium coating and plasma high-speed spraying of silicon carbides, silicon in a nitrogen atmosphere on the outer surface the possibility of precision workpiece, as well as by centrifugal casting of molten silicon and silicon carbides on the inner outer surface of the precision workpiece with subsequent high-temperature nitriding of silicon.
Далее надевают на внешнюю наружную поверхность сформированной точной заготовки цилиндрическую и конусные сопряженные углерод-углеродные обечайки с наружными поверхностными слоями карбонитридных соединений титана и кремния, заполняют зазор между наружной поверхностью точной заготовки и обечайками полимерным связующим вакуумным всасыванием и продувкой инертным газом путем его искусственного натекания и одновременной карбонизацией полимерного связующего промежуточного слоя.Then, cylindrical and conical conjugated carbon-carbon shells with outer surface layers of titanium and silicon carbonitride compounds are put on the outer external surface of the formed precision workpiece, the gap between the outer surface of the precision workpiece and the shells is filled with polymer binder by vacuum absorption and by blowing with an inert gas by artificial leakage and simultaneous carbonization of the polymer binder intermediate layer.
Заполняют зазоры между обечайками частицами карбонитридных соединений титана и кремния, углеродным волокном и полимерным связующим с одновременной его карбонизацией и графитацией.The gaps between the shells are filled with particles of titanium and silicon carbonitride compounds, a carbon fiber and a polymer binder with its simultaneous carbonization and graphitization.
Снова надевают сопряженные обечайки, формируют в зазоре промежуточный пористый слой, соединяют между собой обечайки и формируют поверхностный слой карбонитридных соединений титана и кремния.The conjugated shells are again put on, an intermediate porous layer is formed in the gap, the shells are interconnected and a surface layer of carbonitride titanium and silicon compounds is formed.
Присоединяют к цилиндрической обечайке усеченную полусферу и соответственно формируют в зазоре слои карбонитридных соединений титана и кремния, углерод-углеродные слои и промежуточные пористые слои карбонизированного углерода.A truncated hemisphere is attached to the cylindrical shell and, accordingly, layers of titanium and silicon carbonitride compounds, carbon-carbon layers and intermediate porous layers of carbonized carbon are formed in the gap.
С целью дополнительного повышения прочностных свойств, жаропрочности и жаростойкости КМ последний охлаждают газожидкостным потоком инертного газа через пористые промежуточные слои карбонизированного углерода с последующей рециркуляцией инертного газа по замкнутому контуру, сжижением и распылением его.In order to further increase the strength properties, heat resistance and heat resistance of CM, the latter is cooled by a gas-liquid flow of inert gas through porous intermediate layers of carbonized carbon, followed by recirculation of the inert gas in a closed loop, liquefying and spraying it.
С целью рационального использования инертного газа подпитку и хранение его осуществляют в газообразном, жидком и твердом состояниях.In order to rationally use an inert gas, it is fed and stored in a gaseous, liquid, and solid state.
С целью поддержания заданного температурного режима углерод-металлической части КМ в промежуточных пористых слоях рециркулируют инертный газ, нагретый в плазменной горелке или охлаждаемый газожидкостной средой на основе инертного газа.In order to maintain a given temperature regime of the carbon-metal part of CM inert porous layers recycle inert gas heated in a plasma torch or cooled by a gas-liquid medium based on an inert gas.
Для формирования наружного слоя карбонитридных соединений кремния в отверстия сопла после критического сечения плазменного напылителя подают в начале порошок карбидов кремния, затем порошок кремния, а в качестве плазмообразующей среды используют газообразующий азот.To form the outer layer of silicon carbonitride compounds, silicon carbide powder is first fed into the nozzle openings after a critical section of the plasma sprayer, then silicon powder, and gas-forming nitrogen is used as the plasma-forming medium.
Для обеспечения высокой контактной прочности и снижения остаточной пористости напыленного слоя увеличивают скорость напыляемого потока частиц за счет применения контура сопла плазменного напылителя в виде сопла типа Ловаля или Вентури, причем напыляемый порошок вводят через отверстия в контуре сопла, расположенные после критического сечения.To ensure high contact strength and reduce residual porosity of the sprayed layer, the speed of the sprayed particle stream is increased by using the nozzle circuit of a plasma sprayer in the form of a Loval or Venturi type nozzle, and the sprayed powder is introduced through holes in the nozzle loop located after the critical section.
Для формирования на внутренней поверхности металлической части полуфабрикатов цилиндрической или конусных обечаек и усеченной полусферы или других элементов бобышек, выступов, финтингов и др. путем выдавливания металла рабочая поверхность разъемной оправки или штампа имеет соответствующие углубления для формирования различных конструктивных элементов на внутренней поверхности полуфабрикатов изделий в процессе диффузионной сварки слоев металла в условиях его сверхпластичного состояния.To form a cylindrical or conical shells and a truncated hemisphere or other boss elements, protrusions, fints, etc. on the inner surface of the metal part of the semi-finished products by extruding the metal, the working surface of the split mandrel or die has corresponding recesses for forming various structural elements on the inner surface of the semi-finished products in the process diffusion welding of metal layers in the conditions of its superplastic state.
Система рециркуляции и регенерации (охлаждения, ожижения и формирования) газожидкостной среды на основе инертного газа включает: блок ожижения, трубопроводы, панели охлаждения газа, коллекторы формирования газожидкостной среды, емкости накопления и хранения сжиженного газа, запорно-регулирующую арматуру, блок управления.The system of recirculation and regeneration (cooling, liquefaction and formation) of a gas-liquid medium based on an inert gas includes: a liquefaction unit, pipelines, gas cooling panels, manifolds for the formation of a gas-liquid medium, storage tanks for liquefied gas, shut-off and control valves, control unit.
Система подогрева рециркулирующего инертного газа включает: блок плазменного подогрева, трубопроводы, нагреватель, блок управления.The inert gas recycle heating system includes: a plasma heating unit, pipelines, a heater, a control unit.
В таблице 1 приведены ожидаемые технические и эксплуатационные характеристики создаваемых композиционных материалов (КМ).Table 1 shows the expected technical and operational characteristics of the created composite materials (KM).
Изобретение иллюстрируется чертежами, где изображено: фиг.1 - поперечный разрез многослойного углерод-углеродного и углерод-металлического КМ; фиг.2 - поперечный разрез углерод-углеродного КМ; фиг.3 - схема сборки и сварки оболочки из углерод-углеродного и углерод-металлического КМ; фиг.4 - схема устройства пропитки, дегазации, диффузионной сварки или карбонизации полуфабриката типа обечайки; фиг.5 - схема устройства пропитки, дегазации, диффузионной сварки или карбонизации полуфабриката типа усеченной полусферы; фиг.6 - схема устройства графитации и газового высокотемпературного азотирования карбонизированного полуфабриката типа обечайки или усеченной полусферы; фиг.7 - схема устройства центробежного литья расплава кремния и карбидов кремния на внутреннюю наружную поверхность типа обечайки; фиг.8 - разрез литникового канала устройства центробежного литья; фиг.9, 10, 11, 12 - графики дегазации, пропитки и диффузионной сварки углерод-металлической композиции полуфабрикатов типа обечайки или усеченной полусферы; фиг.13, 14, 15, 16 - графики дегазации, пропитки и карбонизации углерод-углеродной композиции полуфабрикатов типа обечайки или усеченной полусферы; фиг.17, 18, 19, 20 - графики процессов графитации и высокотемпературного азотирования полуфабрикатов типа обечайки или усеченной полусферы; фиг.21 - график центробежного литья на внутреннюю поверхность обечайки расплава кремния и карбидов кремния; фиг.22 - график процесса высокотемпературного азотирования поверхностного слоя кремния полуфабриката типа обечайки или усеченной полусферы; фиг.23 - схема предварительной сварки полуфабрикатов типа обечаек и усеченной полусферы; фиг.24 - схема устройства диффузионной сварки, карбонизации под напряжением, электронно-лучевой или лазерной плазменной сварки полуколец в сварной зоне оболочки и полуоболочки; фиг.25 - схема газодинамического напыления полимерного связующего; фиг.26 - схема плазменного газодинамического напыления карбонитридных соединений кремния и титана.The invention is illustrated by drawings, which depict: figure 1 is a cross section of a multilayer carbon-carbon and carbon-metal CM; figure 2 is a cross section of a carbon-carbon KM; figure 3 - diagram of the assembly and welding of the shell of carbon-carbon and carbon-metal KM; 4 is a diagram of a device for impregnation, degassing, diffusion welding or carbonization of a semi-finished shell type; 5 is a diagram of a device for impregnation, degassing, diffusion welding or carbonization of a semi-finished product such as a truncated hemisphere; 6 is a diagram of a device for graphitization and gas high-temperature nitriding of a carbonized semi-finished product such as a shell or a truncated hemisphere; 7 is a diagram of a centrifugal casting device of a silicon melt and silicon carbides on the inner outer surface of the shell type; Fig. 8 is a section through a sprue channel of a centrifugal casting device; Fig.9, 10, 11, 12 - graphs of degassing, impregnation and diffusion welding of the carbon-metal composition of semi-finished products such as shell or truncated hemisphere; Fig.13, 14, 15, 16 - graphs of degassing, impregnation and carbonization of the carbon-carbon composition of semi-finished products such as shell or truncated hemisphere; Fig.17, 18, 19, 20 - graphs of the processes of graphitization and high-temperature nitriding of semi-finished products such as shell or truncated hemisphere; Fig is a graph of centrifugal casting on the inner surface of the shell of a silicon melt and silicon carbides; Fig is a graph of the process of high temperature nitriding of the surface layer of silicon semi-finished type shell or truncated hemisphere; Fig is a diagram of the preliminary welding of semi-finished products such as shells and a truncated hemisphere; Fig is a diagram of a device for diffusion welding, energized carbonization, electron beam or laser plasma welding of half rings in the welded zone of the shell and half shell; Fig is a diagram of a gas-dynamic spraying of a polymer binder; Fig is a diagram of a plasma gas-dynamic spraying of carbonitride compounds of silicon and titanium.
Углерод-металлический КМ (фиг.1) включает:Carbon-metal KM (figure 1) includes:
А - алюминиево-литиевый сплав (Al-Li);A - aluminum-lithium alloy (Al-Li);
В - магниево-литиевый сплав (Mg-Li) со структурой (α+β)-твердого раствора;B — magnesium-lithium alloy (Mg-Li) with the structure of an (α + β) solid solution;
С - магниево-литиевый сплав (Mg-Li) со структурой α-твердого раствора;C - magnesium-lithium alloy (Mg-Li) with the structure of α-solid solution;
D - углеродное волокно;D is carbon fiber;
F - магниево-литиевый сплав (Mg-Li) со структурой β-твердого раствора;F - magnesium-lithium alloy (Mg-Li) with the structure of a β-solid solution;
Е - пористый слой карбонизированного углерода;E is a porous layer of carbonized carbon;
М - медно-титановый слой;M - copper-titanium layer;
Т - внешний наружный слой из карбонитридных соединений титана, кремния.T is the outer outer layer of carbonitride compounds of titanium, silicon.
На фиг.2 представлены:Figure 2 presents:
Углерод-углеродный КМ (Фиг.1, 2) включает:Carbon-carbon KM (Fig.1, 2) includes:
К - углеродную ткань;K - carbon fabric;
D - углеродное волокно;D is carbon fiber;
Т - слой карбонитридных соединений титана и кремния;T - layer of carbonitride compounds of titanium and silicon;
Е - пористый слой карбонизированного углерода;E is a porous layer of carbonized carbon;
М - медно-титановый слой.M - copper-titanium layer.
Способ изготовления многослойной обечайки или усеченной полусферы включает изготовление по отдельности обечаек и усеченных полусфер, одной из углерод-металлического КМ, второй (промежуточный) из пористого карбонизированного углерода с поверхностным титано-медным слоем, третий из углерод-углеродного КМ с наружным слоем карбонитридных соединений титана и кремния, последующую сборку, диффузионную сварку контактирующих поверхностей или карбонизацию связующего компонента.A method of manufacturing a multilayer shell or a truncated hemisphere includes the manufacture of individually shells and truncated hemispheres, one of carbon-metal KM, the second (intermediate) of porous carbonized carbon with a surface titanium-copper layer, the third of carbon-carbon KM with an outer layer of titanium carbonitride compounds and silicon, subsequent assembly, diffusion welding of the contacting surfaces, or carbonization of the binder component.
Способ и устройства изготовления обечайки из углерод-металлического КМ на основе алюминиево-магниево-литиевых сплавов, упрочненных углеродным волокном, представлены на фиг.1, 4, 9.A method and device for manufacturing a shell of carbon-metal KM based on aluminum-magnesium-lithium alloys reinforced with carbon fiber are presented in figures 1, 4, 9.
Способ и устройства изготовления обечайки из углерод-углеродного КМ с наружным слоем карбонитридных соединений титана представлены на фиг.1, 2, 4, 6, 11, 13, 17.A method and device for manufacturing a shell of carbon-carbon KM with an outer layer of titanium carbonitride compounds are presented in figures 1, 2, 4, 6, 11, 13, 17.
Способ и устройства изготовления усеченной полусферы из углерод-углеродного КМ или углерод-металлического КМ представлены фиг.1, 2, 5, 6, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 18, 19, 20.A method and device for manufacturing a truncated hemisphere of carbon-carbon KM or carbon-metal KM are presented in figures 1, 2, 5, 6, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 18, 19, 20.
Способ и устройства изготовления обечайки или усеченной полусферы из карбонизированного пористого углерода с наружным медно-титановым слоем включают формирование на оправке или в штампе титанового слоя, слоя полимерного связующего с последующей его карбонизацией, одновременным вакуумированием и искусственным натеканием инертного газа, а также плазменным напылением медного порошка на титановую поверхность Фиг.1, 2, 4, 5, 13, 14, 15, 16, 27.A method and device for manufacturing a shell or a truncated hemisphere of carbonized porous carbon with an outer copper-titanium layer include forming on the mandrel or die a titanium layer, a polymer binder layer followed by its carbonization, simultaneous evacuation and artificial leakage of an inert gas, as well as plasma spraying of copper powder on a titanium surface Figs. 1, 2, 4, 5, 13, 14, 15, 16, 27.
Способ и устройство формирования поверхностного слоя карбонитридных соединений титана включают подачу в плазменный факел титанового порошка, а в качестве плазмообразующей среды используют газообразный азот. Фиг.1, 2, 27.The method and device for forming the surface layer of titanium carbonitride compounds include feeding titanium powder into the plasma torch, and nitrogen gas is used as the plasma-forming medium. Figure 1, 2, 27.
Аналогичным способом формируют поверхностный слой карбонитридных соединений кремния.In a similar manner, a surface layer of silicon carbonitride compounds is formed.
Корпус оболочки собирают из нескольких обечаек, шпангоутов и усеченных полусфер путем диффузионной, электронно-лучевой или лазерной и плазменной сварки.The shell body is assembled from several shells, frames and truncated hemispheres by diffusion, electron beam or laser and plasma welding.
Способ и устройство сборки оболочки из КМ включают сборку оболочек, шпангоутов, усеченных полусфер из КМ, содержащего углерод-металлическую и углерод-углеродные части, промежуточный слой из карбонизированного полимерного связующего и наружный слой карбонитридный соединений титана. Фиг.1, 23, 26, 27.A method and apparatus for assembling a shell from KM include assembling shells, frames, truncated hemispheres from KM containing carbon-metal and carbon-carbon parts, an intermediate layer of a carbonized polymer binder, and an outer layer of titanium carbonitride compounds. Figure 1, 23, 26, 27.
В предложенном способе и устройстве наносят на контактную поверхность шпангоута плазменным напылением слой лития, собирают обечайки, усеченные полусферы, приваривают к внутренней поверхности смежных обечаек или обечайки и усеченной полусферы шпангоуты, производят сварку обечаек и усеченных полусфер по внутреннему наружному слою из углерод-металлического КМ. Фиг.3, слой 1(1); Фиг.23.In the proposed method and device, a lithium layer is deposited on the contact surface of the frame by plasma spraying, shells, truncated hemispheres are assembled, welded to the inner surface of adjacent shells or shells and truncated hemispheres, shells and truncated hemispheres are welded to the inner outer metal layer K of carbon. Figure 3, layer 1 (1); Fig.23.
Предварительно на торцевых частях обечаек, усеченной полусферы и полуколец согласно Фиг.3 формируют смежные поверхности слоев КМ под сварку таким образом, чтобы сварные швы последующих смежных слоев не совпадали между собой.Previously, on the end parts of the shells, the truncated hemisphere and half rings according to FIG. 3, adjacent surfaces of the CM layers for welding are formed so that the welds of subsequent adjacent layers do not coincide.
Наносят плазменным напылением на внешнюю наружную поверхность сварной зоны литий, укладывают (приклеивают) полукольца из пористого карбонизированного углерода с наружными медно-титановыми поверхностными слоями. Фиг.3, слой 2(2).They are applied by plasma spraying to the outer outer surface of the welded zone of lithium, and half-rings of porous carbonized carbon with outer copper-titanium surface layers are laid (glued). Figure 3, layer 2 (2).
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.24, 25), производят диффузионную сварку внутренней наружной поверхности полуколец с внешней наружной поверхностью сварной зоны. Фиг.3, слой 1(1), 2(2). Производят герметичную электронно-лучевую или лазерную заварку зазоров смежных внешних наружных медно-титановых слоев.The semi-finished shell is moved to the device (Fig.24, 25), diffusion welding of the inner outer surface of the half rings with the outer outer surface of the welded zone is performed. Figure 3, layer 1 (1), 2 (2). A tight cathode-ray or laser welding of gaps of adjacent external outer copper-titanium layers is performed.
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.23), плазменным напылением наносят на внешнюю наружную поверхность полуколец Фиг.3, слой 2, (2) литий, укладывают (приклеивают) полукольца Фиг.3, слой 1, (3) из углерод-металлического КМ.The semi-finished shell is moved to the device (Fig. 23), plasma sprayed onto the outer outer surface of the half rings of Fig. 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.24, 25), производят диффузионную сварку смежных поверхностей, производят герметичную заварку зазоров. Фиг.3, слой 1, (3).The semi-finished shell is moved to the device (Figs. 24, 25), diffusion welding of adjacent surfaces is carried out, and the gaps are sealed. Figure 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.23), наносят на наружную поверхность полуколец Фиг.3, слой 1, (3) литий, укладывают (приклеивают) полукольца Фиг.3, слой 2, (4).The semi-finished shell is moved to the device (FIG. 23), applied to the outer surface of the half rings of FIG. 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.24, 25), производят диффузионную сварку смежных поверхностей и герметичную заварку зазоров. Фиг.3, слой 2, (4).The semi-finished shell is moved to the device (Fig.24, 25), diffusion welding of adjacent surfaces and hermetic welding of gaps are performed. Figure 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.23), наносят слой лития и укладывают полукольца Фиг.3, слой 1, (5).Move the semi-finished shell into the device (Fig.23), apply a layer of lithium and lay the half rings of Fig.3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.24, 25), производят диффузионную сварку и заварку зазоров. Фиг.3, слой 1, (5).The semi-finished shell is moved to the device (Figs. 24, 25), diffusion welding and welding of gaps are performed. Figure 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.23), наносят литий и укладывают полукольца, Фиг.3, слой 2, (6).The semi-finished shell is moved into the device (Fig. 23), lithium is applied and the half rings are laid, Fig. 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.24, 25), производят диффузионную сварку смежных поверхностей и электронно-лучевую или лазерную герметичную заварку зазоров смежных поверхностей наружных медно-титановых слоев. Фиг.3, слой 2, (6).The semi-finished shell is moved to the device (Figs. 24, 25), diffusion welding of adjacent surfaces and electron beam or laser hermetic welding of gaps of adjacent surfaces of the outer copper-titanium layers are performed. Figure 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.23), наносят на наружную внешнюю поверхность сварной зоны полимерное связующее, укладывают (приклеивают) полукольца из углерод-углеродного КМ с наружным поверхностным слоем карбонитридных соединений титана и кремния, Фиг.3, слой 3, (7).The shell semi-finished product is moved to the device (Fig. 23), a polymer binder is applied to the outer external surface of the welded zone, carbon-carbon KM half rings are laid (glued) with the outer surface layer of titanium and silicon carbonitride compounds, Fig. 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.24, 25), производят карбонизацию полимерного связующего под напряжением, производят газо-динамическое и плазменное формирование в зазоре слоев карбонитридных соединений титана и кремния, углерод-углеродного слоя, Фиг.3, слой 3, (7).The shell semi-finished product is moved to the device (Figs. 24, 25), the polymer binder is carbonized under tension, gas-dynamic and plasma formation in the gap of layers of titanium and silicon carbonitride compounds, a carbon-carbon layer is produced, Fig. 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.23), наносят на поверхность сварной зоны полимерное связующее, укладывают (приклеивают) полукольца из пористого карбонизированного углерода с наружными медно-титановыми слоями, Фиг.3, слой 2, (8).The semi-finished shell is moved to the device (Fig. 23), a polymer binder is applied to the surface of the welded zone, half-rings of porous carbonized carbon with outer copper-titanium layers are laid (glued), Fig. 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.24, 25), производят карбонизацию полимерного связующего под напряжением, производят электронно-лучевую или лазерную заварку зазоров смежных внешних наружных медно-титановых слоев, Фиг.3, слой 2, (8).The shell semi-finished product is moved to the device (Figs. 24, 25), the polymer binder is carbonized under voltage, electron-beam or laser welding of the gaps of adjacent external outer copper-titanium layers is performed, Fig. 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.23), наносят на поверхность сварной зоны слой полимерного связующего, укладывают (приклеивают) полукольца из углерод-углеродного КМ с наружным слоем карбонитридных соединений титана и кремния, Фиг.3, слой 3, (9).The shell semi-finished product is moved to the device (Fig. 23), a layer of polymer binder is applied to the surface of the welded zone, half-rings of carbon-carbon KM are placed (glued) with the outer layer of titanium and silicon carbonitride compounds, Fig. 3,
Перемещают полуфабрикат оболочки в устройство (Фиг.24, 25), производят карбонизацию полимерного связующего под напряжением, производят газо-динамическое и плазменное формирование в зазоре слоев карбонитридных соединений титана и кремния, углерод-углеродного слоя, Фиг.3, слой 3, (9). The shell semi-finished product is moved to the device (Figs. 24, 25), the polymer binder is carbonized under tension, gas-dynamic and plasma formation in the gap of layers of titanium and silicon carbonitride compounds, a carbon-carbon layer is produced, Fig. 3,
В таблице 2 приведена схема технологического процесса изготовления корпуса оболочки или полуоболочки из предлагаемых КМ.Table 2 shows the process flow diagram for manufacturing the shell or half-shell body from the proposed CMs.
Устройство (Фиг.24, 25) для электронно-лучевой или лазерной диффузионной сварки, а также карбонизации под напряжением включает винтовой пресс 1 с заданной скоростью перемещения и нагружения, винтовую траверсу 2, накатной ролик 3, инфракрасные излучатели 4, электронно-лучевую или лазерную сварочную головку 5, газодинамическую форсунку 6, плазменный напылитель 7.The device (Fig.24, 25) for electron beam or laser diffusion welding, as well as voltage carbonization includes a
Оболочка 8 включает: обечайки 9, усеченные полусферы 10, углерод-углеродные полукольца 11 с поверхностными слоями карбонитридных соединений титана и кремния, полукольца 12 из пористого углерода с наружными медно-титановыми слоями, полукольца 13 из углерод-металлического КМ, шпангоуты 14 из углерод-металлического КМ.
Механизм вращения и горизонтального перемещения оболочки 8 включает: ролики 15 (с приводами) горизонтального перемещения оболочки 8, ролики 16 (с приводами) вращения оболочки 8.The mechanism of rotation and horizontal movement of the
Ролики 15, 16 имеют на рабочей поверхности покрытие, исключающее повреждение поверхности оболочки, например полиуретан.The
Механизм перемещения и нагружения траверсы 2 включает: эл. привод 17, винт 18, гайку 19, разъемную подвеску 20.The mechanism for moving and loading the
Механизм замены накатного ролика 3 на винтовой траверсе 2 включает: привод 21, фиксирующие направляющие 22 накатного ролика 3, разъемную муфту 23, технологический люк 24.The mechanism for replacing the rolling
Устройство (Фиг.24, 25) включает также корпус 25, патрубок 26 подключения к вакуумной откачной системе, загрузочный люк с крышкой 27.The device (Fig.24, 25) also includes a
Конструкция устройства включает систему управления, систему вакуумирования и энергоснабжения устройства в целом (на чертеже не показаны).The design of the device includes a control system, a vacuum system and power supply of the device as a whole (not shown in the drawing).
Оболочку 8 (Фиг.24, 25) из обечаек 9 и усеченных полусфер 10 предварительно сваривают на стенде (Фиг.23) по наружному внутреннему слою 13 углерод-металлического КМ, приваривают шпангоут 14, напыляют на поверхность сварочной зоны литий и устанавливают (приклеивают) полукольца 12 из пористого углерода с наружными медно-титановыми поверхностными слоями.The shell 8 (Fig.24, 25) of the
Оболочку 8 устанавливают на приводные ролики 15 и вводят в устройство (Фиг.24, 25). Закрывают загрузочные люки крышками 27, включают вакуумную систему и вакуумируют до заданного разряжения рабочий объем устройства (Фиг.24, 25)The
Нагревают полукольца 12 инфракрасными излучателями 4 и с помощью накатного ролика 3 производят диффузионную сварку внутренних наружных поверхностей полуколец 12 с поверхностью сварной зоны наружного внешнего слоя 13 углерод-металлического КМ.The half rings 12 are heated with
С помощью сварочной головки 5 производят герметичную заварку зазоров наружных медно-титановых слоев полуколец 12.Using a
Аналогичным способом производят диффузионную сварку и заварку зазоров полуколец 13 из углерод-металлического КМ и полуколец 12 из пористого карбонизированного углерода с наружными медно-титановыми слоями с аналогичными слоями обечаек 9.In a similar way, diffusion welding and welding of gaps of half rings 13 of carbon-metal KM and half rings 12 of porous carbonized carbon with outer copper-titanium layers with similar layers of
Перед сборкой и сваркой углерод-углеродных полуколец 11 на поверхность сварной зоны наносят форсункой 30 (Фиг.23) полимерное связующее. Собирают (приклеивают) полукольца 11 к поверхности сварной зоны и перемещают оболочку 8 в устройство (Фиг.24, 25).Before assembly and welding of carbon-carbon half rings 11, a polymer binder is applied to the surface of the welded zone with a nozzle 30 (FIG. 23). Collect (glue) the half rings 11 to the surface of the welded zone and move the
С помощью инфракрасных излучателей 4 производят нагрев полимерного связующего с одновременным его вакуумированием и карбонизацией под напряжением с помощью накатного ролика 3.Using
Производят заполнение зазоров полимерным связующим газодинамической форсункой 6, с помощью инфракрасных излучателей 4 и накатного ролика 3 карбонизируют полимерное связующее и сварочной головкой 5 графитизируют карбонизированное полимерное связующее в зазоре.The gaps are filled with a polymeric binder by a gas-
В процессе карбонизации и графитации полимерного связующего в рабочем объеме устройства (Фиг.24, 25) поддерживают заданное разрежение (вакуум).In the process of carbonization and graphitization of a polymer binder in the working volume of the device (Fig.24, 25) maintain a predetermined vacuum (vacuum).
С помощью плазменного напылителя 7 формируют наружный поверхностный слой карбонитридных соединений титана и кремния.Using a
Перемещают оболочку 8 в устройство (Фиг.23), наносят слой полимерного связующего, укладывают (приклеивают) полукольца 12 из пористого карбонизированного углерода с поверхностным титановомедным слоем и перемещают оболочку в устройство (Фиг.24, 25).The
В устройстве (Фиг.24, 25) производят заварку зазоров смежных медно-титановых слоев и перемещают полуфабрикат обечайкой 8 в устройство (Фиг.23).In the device (Fig. 24, 25), welding of the gaps of adjacent copper-titanium layers is made and the semi-finished product is moved by the
Наносят слой полимерного связующего, укладывают (приклеивают) углерод-углеродные полукольца и перемещают полуфабрикат оболочки 8 в устройство (Фиг.24, 25).A layer of polymer binder is applied, carbon-carbon half rings are laid (glued) and the
Производят карбонизацию под напряжением полимерного связующего контактирующих поверхностей полуколец 11, формирование в зазоре слоев карбонитридных соединений титана и кремния, углерод-углеродного слоя.Carry out carbonization under tension of the polymer binder of the contacting surfaces of the
При формировании сварного соединения обечайки 9, усеченной полусферы 10 оболочки 8, сварную зону оболочки 8 перемещают в зону обслуживания накатного ролика 3.When forming a welded joint of the
Замену накатного ролика 4 осуществляют следующим образом: вводят разъемную муфту 23 в зацепление, включают привод 21 и выводят накатной ролик 3 с помощью фиксирующих направляющих 22 в зону замены накатного ролика 3, открывают технологический люк 24 и производят замену накатного ролика 3.Replacement of the rolling
Способ изготовления многослойной полуобечайки, состоящей из усеченной полусферы, цилиндрической обечайки, обечайки в виде сопла типа Ловаля или Вентури и многослойного КМ с наружными внутренними слоями карбонитридных соединений титана и кремния, промежуточными пористыми слоями карбонизированного углерода и медно-титановыми слоями, включает:A method of manufacturing a multilayer half-shell, consisting of a truncated hemisphere, a cylindrical shell, a shell in the form of a nozzle of the Loval or Venturi type and a multilayer CM with outer inner layers of carbonitride compounds of titanium and silicon, intermediate porous layers of carbonized carbon and copper-titanium layers, includes:
- формирование на разъемной оправке углерод-углеродного карбонизированного слоя с титановым герметичным покрытием в виде сопла Ловаля или сопла Вентури (Фиг.2, 4, 13);- the formation on a detachable mandrel of a carbon-carbon carbonized layer with a titanium hermetic coating in the form of a Loval nozzle or a Venturi nozzle (Fig.2, 4, 13);
- графитацию карбонизированного связующего углерод-углеродного слоя и высокотемпературное азотирование титанового покрытия (Фиг.6, 17);- graphitization of the carbonized carbon-carbon binder layer and high temperature nitriding of the titanium coating (Fig.6, 17);
- плазменное скоростное напыление на наружную поверхность полуфабриката карбидов кремния и кремния в среде азота (Фиг.17);- plasma high-speed spraying on the outer surface of the semi-finished silicon carbide and silicon carbides in a nitrogen medium (Fig.17);
- центробежное литье расплава кремния и карбидов кремния на внутреннюю поверхность полуфабриката с последующим высокотемпературным азотированием (Фиг.7, 6, 21, 22);- centrifugal casting of molten silicon and silicon carbides on the inner surface of the semi-finished product, followed by high-temperature nitriding (Fig. 7, 6, 21, 22);
- нанесение на наружную поверхность полуфабриката полимерного связующего, сборка (надевание) цилиндрических и конусных обечаек из карбонизированного пористого углерода с наружными медно-титановыми слоями, герметичная сварка наружных внешних и смежных медно-титановых слоев, карбонизация полимерного связующего под напряжением (Фиг.2, 4, 13, 24, 25);- applying to the outer surface of the semi-finished product a polymer binder, assembling (donning) cylindrical and conical shells made of carbonized porous carbon with outer copper-titanium layers, hermetic welding of the outer outer and adjacent copper-titanium layers, carbonization of the polymer binder under tension (Figure 2, 4 , 13, 24, 25);
- нанесение на наружную поверхность полуфабриката полимерного связующего, сборка (надевание) цилиндрических и конусных обечаек из углерод-углеродного КМ с наружными слоями карбонитридных соединений титана и кремния, карбонизация полимерного связующего, плазменная сварка с формированием углерод-углеродного слоя, наружных слоев карбонитридных соединений титана и кремния в сварной зоне смежных обечаек (Фиг.2, 4, 13, 24, 25, 27);- applying a polymeric binder to the outer surface of the semi-finished product, assembling (donning) cylindrical and conical shells made of carbon-carbon KM with the outer layers of carbonitride titanium and silicon compounds, carbonization of the polymeric binder, plasma welding with the formation of the carbon-carbon layer, outer layers of titanium carbonitride compounds and silicon in the weld zone of adjacent shells (Fig.2, 4, 13, 24, 25, 27);
- нанесение на наружную поверхность полуфабриката полимерного связующего, сборка (надевание) обечаек из карбонизированного пористого углерода с наружными медно-титановыми слоями, карбонизация полимерного связующего, сварка внешних смежных медно-титановых слоев (Фиг.2, 4, 13, 24, 25);- applying to the outer surface of the semi-finished product a polymer binder, assembling (donning) shells of carbonized porous carbon with outer copper-titanium layers, carbonization of the polymer binder, welding of external adjacent copper-titanium layers (Figs. 2, 4, 13, 24, 25);
- нанесение на наружную поверхность полуфабриката полимерного связующего, сборка (надевание) обечаек цилиндрических и конусных обечаек из углерод-углеродного КМ с наружными слоями карбонитридных соединений титана и кремния, карбонизация полимерного связующего, плазменная сварка с формированием углерод-углеродного слоя, наружных слоев карбонитридных соединений титана и кремния в сварной зоне смежных обечаек (Фиг.2, 4, 13, 24, 25, 26, 27). Аналогичным образом ведут формирование многослойной усеченной полусферы из углерод-углеродного КМ с наружными и внутренними слоями карбонитридных соединений титана и кремния, промежуточными внутренними слоями карбонизированного пористого углерода с медно-титановыми поверхностными слоями и последующей сваркой цилиндрической части полуфабриката и усеченной полусферы (Фиг.2, 5, 13, 24, 25, 26, 27).- drawing on the outer surface of the semi-finished product a polymeric binder, assembling (putting on) shells of cylindrical and conical shells of carbon-carbon KM with outer layers of carbonitride titanium and silicon compounds, carbonization of a polymer binder, plasma welding with the formation of a carbon-carbon layer, outer layers of carbonitride titanium compounds and silicon in the weld zone of adjacent shells (Fig.2, 4, 13, 24, 25, 26, 27). Similarly, the formation of a multilayer truncated hemisphere of carbon-carbon KM with outer and inner layers of carbonitride titanium and silicon compounds, intermediate inner layers of carbonized porous carbon with copper-titanium surface layers and subsequent welding of the cylindrical part of the semi-finished product and the truncated hemisphere (Figure 2, 5 , 13, 24, 25, 26, 27).
Устройство (фиг.7, 8) включает камеру 1 центробежного литья расплава на внутреннюю поверхность полуфабриката 10, печь-ковш 11, дозатор-вакууматор 12, литниковую систему 13.The device (Fig.7, 8) includes a
Камера 1 центробежного литья включает обоймы 2 фиксации обрабатываемого полуфабриката 10, привод 3 вращения фиксирующей обоймы 2, нагреватель 4 системы подогрева корпуса полуфабриката 10, емкость 5 для слива избыточного расплава, приводы 6 горизонтального и вертикального перемещения камеры 1.The
Печь-ковш включает вакуумноплотный загрузочный затвор 14, нагреватель 35, обогреваемый канал-отверстие 15 со стопором 16, посадочное кольцо-основание 17, патрубок с вентилями 18,19 для вакуумирования и напуска инертного газа.The ladle furnace includes a vacuum
Дозатор-вакууматор 12 включает посадочное кольцо 21 с герметичным уплотнителем 22, промежуточную камеру 20 с патрубками, вакуумным затвором 50 и вентилем 51 для вакуумирования и напуска инертного газа, корпус тигеля 23, заливочную горловину 25 с вакуумногазоплотным затвором 26, наклонное днище 24 тигеля 23 с щелевым плоским канал-отверстием 27 и отверстием 28 в основании наклонной части днища 24, перекрываемые стопором 29, патрубок с вентилями 33, 34 для подвода газовой дегазирующей смеси, трубопровод 30 высокого давления с вакуумным затвором 31 и вентилем 32 для вакуумирования и напуска инертного газа, нагреватель 35.The dispenser-
Литниковая система 13 выполнена из композиционного углерод-углеродного материала 36 (фиг.8) и включает плоский канал-отверстие 27 с внутренним рабочим слоем карбонитридных соединений титана.The
Кроме того, углерод-углеродная часть литниковой системы 13 заключена (фиг.7, 8) в обогреваемый нагревателем 35 теплоизолированный 37 и водоохлаждаемый корпус 38, имеющий патрубок с затвором 39, вентиль 40 для вакуумирования и заполнения системы инертным газом.In addition, the carbon-carbon part of the
Литниковая система 13 (фиг.7) включает узел 8 сочленения, позволяющий изменять угол наклона выходного канала 7 литниковой системы 13 с помощью привода 9.The gate system 13 (Fig. 7) includes a joint 8, allowing you to change the angle of the
Литниковая система 13 (фиг.8) включает узел замораживания жидкого потока металла и состоит из металлического корпуса-рубашки 41 и патрубков с вентилями 42, (фиг.7, 8) 43 для подвода газожидкостной среды на основе жидкого азота и отвода газообразного азота.The gate system 13 (Fig. 8) includes a unit for freezing the liquid metal stream and consists of a
На выходе плоский канал-отверстие 27 сообщается боковыми каналами через патрубки с вентилями 44 для подачи в пристеночный слой (стенка - жидкий расплав) контролируемой газовой среды для стабилизации плоского потока жидкого металла.At the exit, a flat channel-
Устройство работает следующим образом (фиг.7, 8, 21).The device operates as follows (Fig.7, 8, 21).
Жидкий расплав кремния и карбидов кремния заливают в печь-ковш 11, закрывают затвор 14, вакуумируют рабочий объем печи-ковша 11 через патрубок и вакуумный затвор 18, по достижению заданного разрежения включают нагреватель 35 и нагревают жидкий расплав до заданной температуры. По достижению расплавом необходимой температуры перекрывают вакуумный затвор 18, открывают вентиль 19 и заполняют свободный объем печи-ковша 11 инертным газом.The liquid melt of silicon and silicon carbides is poured into the
Перемещают и устанавливают печь-ковш 11 посадочным кольцом-основанием 17 на уплотнение 22 посадочного кольца 21 дозатор-вакууматора.The
Открывают затворы 50, 26 и вакуумируют дозатор-вакууматор 12 до заданного разрежения. Производят замораживание литникового канала, для чего (фиг.7, 8) в корпус-рубашку 41 через вентиля 42 подводят газожидкостную среду на основе жидкого азота и отводят газообразный азот через вентиля 43, предварительно отвакуумировав и заполнив инертным газом внутренний нерабочий объем литниковой системы 13. Открывают стопор 16 канала-отверстия 15, печи-ковша 11 и заполняют тигель23 дозатора-вакууматора 12 жидким расплавом.Open the
Закрывают канал-отверстие 15 стопором 16, открывают затвор 31, закрывают затвор 26, включают нагреватель 35, открывают вентили-натекатели 33, 34 и через трубопровод 30 производят дегазацию жидкого металла в дозаторе-вакууматоре 12.Close the channel-
Загружают в камеру 1 (фиг.7) центробежного литья полуфабрикат 10 и фиксируют его в обоймах 2, подстыковывают камеру 1 к камере дозатора-вакуматора 12, устанавливают подвижный канал-лоток 7 на заданный угол к внутренней наружной поверхности полуфабриката 10 с помощью привода 9 узла сочленения 8, герметизируют стыковочный разъем камер 1, 12, включают приводы 3 синхронного вращения, открывают вакуумные затворы 51, 56 и вакуумируют камеры 1, 12 до заданного разрежения, закрывают вакуумные затворы 54, 56, открывают вентили 55, 57 и заполняют камеры 1, 12 инертным газом, включают нагреватель 4 подогрева наружной поверхности полуфабриката 10.Download the
По завершению процесса дегазации жидкого металла в дозаторе-вакууматоре 12 закрывают затвор 31, включают нагреватели 35 литниковой системы, закрывают вентили 42 подачи замораживающей среды (фиг.8), открывают вентиль 44 подачи стабилизирующей газовой смеси, открывают вентиль 32 и над поверхностью жидкого расплава в дозаторе-вакууматоре 12 создают избыточное давление инертного газа.Upon completion of the process of degassing liquid metal in the
Жидкий расплав через разогретый плоский канал-отверстие 27 литниковой системы 13 попадает на внутреннюю поверхность полуфабриката 10. Неиспользованные остатки жидкого расплава стекают в емкость 5.The liquid melt through the heated flat channel-
По завершению процесса формирования поверхностного слоя на основе карбидов кремния и кремния снимают избыточное давление в дозаторе-вакууматоре 12 и в корпус-рубашку 41 (фиг.7, 8) подают газожидкостную среду на основе жидкого азота, отключают подачу стабилизирующей газовой среды, включают приводы 6, отстыковывают камеру 1 и выгружают полуфабрикат 10.Upon completion of the process of forming a surface layer based on silicon and silicon carbides, excess pressure is removed in the dispenser-
По сравнению с известными аналогами предложенные композиционные материалы и способы изготовления изделий типа обечайки, усеченной полусферы, полуоболочки позволяют получить более высокий уровень удельной прочности, жаропрочности, жаростойкости, теплостойкости, точности геометрических параметров и других показателей, а предлагаемые устройства для осуществления заявленных способов потребуют значительно меньших капитальных вложений и затрат.Compared with the known analogues, the proposed composite materials and methods for manufacturing products such as shells, truncated hemispheres, half shells allow to obtain a higher level of specific strength, heat resistance, heat resistance, heat resistance, accuracy of geometric parameters and other indicators, and the proposed device for implementing the claimed methods will require significantly less capital investments and costs.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007128694/03A RU2421429C2 (en) | 2007-07-25 | 2007-07-25 | Composite multilayer materials, methods of making cowling, cut off half-sphere, shell, half-shell and apparatus for realising said methods |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007128694/03A RU2421429C2 (en) | 2007-07-25 | 2007-07-25 | Composite multilayer materials, methods of making cowling, cut off half-sphere, shell, half-shell and apparatus for realising said methods |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007128694A RU2007128694A (en) | 2009-01-27 |
RU2421429C2 true RU2421429C2 (en) | 2011-06-20 |
Family
ID=40543874
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007128694/03A RU2421429C2 (en) | 2007-07-25 | 2007-07-25 | Composite multilayer materials, methods of making cowling, cut off half-sphere, shell, half-shell and apparatus for realising said methods |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421429C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102489967A (en) * | 2011-12-16 | 2012-06-13 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | Preparation method for integrated surface protection layer of fairing assembly of ship-borne engine |
-
2007
- 2007-07-25 RU RU2007128694/03A patent/RU2421429C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102489967A (en) * | 2011-12-16 | 2012-06-13 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | Preparation method for integrated surface protection layer of fairing assembly of ship-borne engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007128694A (en) | 2009-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10107344B2 (en) | Systems and methods for forming a layer onto a surface of a solid substrate and products formed thereby | |
Tuncer et al. | Solid-state metal additive manufacturing: a review | |
US6122884A (en) | Selective metal matrix composite reinforcement by laser deposition | |
CA1218570A (en) | Arc spray fabrication of metal matrix composite monotape | |
GB2264719A (en) | Spraying onto rotating substrates; coating internal tubular surfaces using exothermic mixture; centrifugal force | |
CA2757116A1 (en) | Method for manufacturing a powder based article | |
US20240017510A1 (en) | Manufacturing method of carbon fiber profiled bodies for aerospace, aviation and fire fighting | |
CN108842124A (en) | A kind of method of laser melting coating reparation and reinforcing mold | |
JPH10204601A (en) | Method for coating carbon base material of carbon-containing nonmetallic base material | |
WO2019071445A1 (en) | Machining system and machining method for providing variable-pressure environment | |
RU2421429C2 (en) | Composite multilayer materials, methods of making cowling, cut off half-sphere, shell, half-shell and apparatus for realising said methods | |
EP0758283B1 (en) | Fabrication of tubular wall thrust chambers for rocket engines using laser powder injection | |
CN112548077B (en) | Integral liquid forming method for aluminum alloy-ceramic composite structure | |
CN111690925A (en) | Surface hardening and surface functionalization treatment process for titanium and titanium alloy | |
Blinov et al. | Experimental studies of correction propulsion system elements for small space vehicles manufactured due to additive method | |
RU2306364C2 (en) | Composite material, method of manufacture of envelope-like case from this material and devices for realization of this method | |
EP4000767A1 (en) | Cold spray forming | |
US20160230500A1 (en) | Method and device for the formation of borehole casing by application of material layers by means of kinetic sputtering | |
KR101242641B1 (en) | A Thermal Barrier Coating Microstructual Controlling Apparatus and A Thermal Barrier Coating Microstructure Controlling Method Using thereof | |
EP4286740A1 (en) | Method and apparatus for manufacturing a hydrogen tank wall, and wall component for such tank wall | |
WO2003092946A1 (en) | Method for the production of soldered heat-exchanger structures, particularly regeneratively cooled combustion chambers | |
US20220011057A1 (en) | Cooling system and fabrication method thereof | |
CN118023535A (en) | Ink-jet printing method and ink-jet device for heterogeneous metal material | |
CN117862619A (en) | Preparation method of C/C composite material active cooling system based on forced sweating technology | |
Fussell et al. | Controlling the microstructure of arc sprayed shells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130726 |