RU2471750C1 - Method of making articles from carbon-silicon carbide material - Google Patents

Method of making articles from carbon-silicon carbide material Download PDF

Info

Publication number
RU2471750C1
RU2471750C1 RU2011128209/03A RU2011128209A RU2471750C1 RU 2471750 C1 RU2471750 C1 RU 2471750C1 RU 2011128209/03 A RU2011128209/03 A RU 2011128209/03A RU 2011128209 A RU2011128209 A RU 2011128209A RU 2471750 C1 RU2471750 C1 RU 2471750C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpiece
silicon
temperature
cooling
hours
Prior art date
Application number
RU2011128209/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Лазаревич Синани
Вячеслав Максимович Бушуев
Максим Вячеславович Бушуев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет"
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет"
Priority to RU2011128209/03A priority Critical patent/RU2471750C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2471750C1 publication Critical patent/RU2471750C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to structural materials operating in conditions of high thermal load and oxidative medium and can be used in chemical, petrochemical and chemical-metallurgical industries, as well as aircraft engineering to make articles and structural components exposed to aggressive media, particularly nozzles, crucibles, furnace components, high-temperature turbines and aircraft exposed to considerable mechanical load during operation. A workpiece made of porous graphitised carbon material is heated in the closed volume of a reactor in an inert atmosphere or a vacuum in silicon vapour to temperature of 1500-1550°C, or 1550-1600°C, or 1600-1650°C, or 1650-1700°C at pressure of 1-36 mm Hg, after which the workpiece is held in one of said temperature and pressure intervals for 1-3 hours and then cooled to 1300-1400°C. Said operations are preferably repeated up to 3 times. The workpiece is then heated to 1750-1900°C, held in that temperature interval for 1-3 hours and then finally cooled.
EFFECT: high degree and uniformity of siliconisation and high reproducibility of results from process to process.
3 cl, 5 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-металлургической отраслях промышленности, а также в авиатехнике для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, в частности форсунок, тиглей, деталей тепловых узлов, высокотемпературных турбин и летательных аппаратов, испытывающих значительные механические нагрузки при эксплуатации.The invention relates to the field of structural materials operating in conditions of high thermal loading and an oxidizing environment, and can be used in the chemical, petrochemical and chemical-metallurgical industries, as well as in aircraft to create products and structural elements exposed to aggressive environments, in particular nozzles, crucibles, parts of thermal units, high-temperature turbines and aircraft experiencing significant mechanical stress during operation.

Известен способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого материала (УККМ), включающий изготовление заготовки из пористого углеграфитового материала и ее силицирование жидкофазным методом [Тарабанов А.С. и др. Силицированный графит, М.: Металлургия, 1977, с.208].A known method of manufacturing products from carbon-carbide-silicon material (UKKM), including the manufacture of a workpiece from a porous carbon-graphite material and its silicification by the liquid-phase method [Tarabanov A.S. and others. Siliconized graphite, M .: Metallurgy, 1977, p.208].

Недостатком известного способа является сложность технологии изготовления изделий из УККМ из-за необходимости нагрева их с 1300 до 1650°С со скоростью не менее 600 град/час для быстрого перевода расплава кремния в низковязкое состояние. В противном случае (при низкой скорости нагрева) происходит затекание вязкого расплава кремния в поверхностные поры материала заготовки и его науглероживание, что приводит к потере его способности течь при последующем нагреве и, как следствие, к поверхностному силицированию.The disadvantage of this method is the complexity of the manufacturing technology of products from UKKM due to the need to heat them from 1300 to 1650 ° C at a speed of at least 600 degrees / hour for the fast transfer of the silicon melt to a low-viscosity state. Otherwise (at a low heating rate), a viscous silicon melt flows into the surface pores of the workpiece material and is carburized, which leads to a loss of its ability to flow during subsequent heating and, as a result, to surface silicification.

Наиболее близким к предполагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления изделий из УККМ, включающий изготовление заготовки из пористого углеграфитового материала, нагрев ее в замкнутом объеме в инертной атмосфере или вакууме в парах кремния до 1700-1900°С с последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 1-3 часов и охлаждение [патент RU №1834839, кл. C01B 31/02, 1993 г.]. Данный способ принят за прототип.The closest to the expected technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing products from UKKM, including the manufacture of a workpiece from porous carbon-graphite material, heating it in a closed volume in an inert atmosphere or vacuum in silicon vapor to 1700-1900 ° C, followed by exposure in the specified interval temperatures for 1-3 hours and cooling [patent RU No. 1834839, cl. C01B 31/02, 1993]. This method is adopted as a prototype.

Способ позволяет упростить технологию изготовления изделий из УККМ за счет того, что отпадает необходимость в проведении нагрева с 1300 до 1650°C с высокой скоростью (нагрев можно вести со скоростью 100-300 град/час). Кроме того, способ позволяет получить УККМ с существенно меньшей открытой пористостью, чем способ-аналог.The method allows to simplify the manufacturing technology of products from UKKM due to the fact that there is no need to conduct heating from 1300 to 1650 ° C at a high speed (heating can be carried out at a speed of 100-300 degrees / hour). In addition, the method allows to obtain UKKM with significantly less open porosity than the analogue method.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - изготовление заготовки из пористого углеграфитового материала; нагрев заготовки в замкнутом объеме реактора в инертной атмосфере или вакууме в парах кремния до 1700-1900°C с последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 1-3-х часов; охлаждение.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the proposed method is the manufacture of a workpiece from porous carbon-graphite material; heating the workpiece in a closed reactor volume in an inert atmosphere or vacuum in silicon vapor to 1700-1900 ° C, followed by exposure in the indicated temperature range for 1-3 hours; cooling.

Недостатком известного способа, взятого за прототип, является недостаточная и/или неравномерная по высоте и периметру заготовки степень силицирования, а также плохая воспроизводимость результатов от процесса к процессу, в том числе по компонентному составу УККМ. Это экспериментально установленный факт. Связано это, видимо, с низкой скоростью массопереноса паров кремния к поверхности силицируемой детали, а также с отрицательным влиянием газодинамических потоков.The disadvantage of this method, taken as a prototype, is the insufficient and / or unequal height and perimeter of the workpiece, the degree of silicification, as well as poor reproducibility of the results from process to process, including the composition of the CCM. This is an experimentally established fact. This is apparently due to the low mass transfer rate of silicon vapors to the surface of the siliconized part, as well as to the negative influence of gas-dynamic flows.

Задачей изобретения является повышение степени и равномерности силицирования, а также повышение воспроизводимости результатов от процесса к процессу.The objective of the invention is to increase the degree and uniformity of silicification, as well as increasing the reproducibility of the results from process to process.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе изготовления изделий из УККМ, включающем изготовление заготовки из пористого углеграфитового материала, нагрев ее в замкнутом объеме реактора в инертной атмосфере или вакууме в парах кремния до 1700-1900°C с последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 1-3 часов и охлаждение, нагрев заготовки до 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C ведут при давлении 1-36 мм. рт.ст. с последующей выдержкой в одном из указанных интервалов температур и давлений в течение 1-3 часов и охлаждением до 1300-1400°C, после чего заготовку нагревают до 1750-1900°C, выдерживают в указанном интервале температур в течение 1-3 часов и окончательно охлаждают.The problem was solved due to the fact that in the known method of manufacturing products from UKKM, including the manufacture of a workpiece from porous carbon-graphite material, heating it in a closed volume of the reactor in an inert atmosphere or vacuum in silicon vapor to 1700-1900 ° C, followed by exposure to the specified the temperature range for 1-3 hours and cooling, heating the workpiece to 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C are carried out at a pressure of 1-36 mm. Hg followed by exposure in one of the indicated temperature and pressure ranges for 1-3 hours and cooling to 1300-1400 ° C, after which the workpiece is heated to 1750-1900 ° C, kept in the specified temperature range for 1-3 hours and finally cool.

Целесообразно ведение охлаждения заготовки до 1300-1400°C со скоростью 100-200 град/час, повторение до 3-х раз нагрева и выдержки заготовки при 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C с последующим охлаждением до 1300-1400°C.It is advisable to cool the workpiece to 1300-1400 ° C at a speed of 100-200 degrees / hour, repeat up to 3 times the heating and holding the workpiece at 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C followed by cooling to 1300-1400 ° C.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа: нагрев заготовки до 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C ведут при давлении 1-36 мм. рт.ст.; выдержка заготовки в одном из указанных интервалов температур и давлений в течение 1-3 часов; охлаждение заготовки до 1300-1400°C; нагрев заготовки до 1750-1900°C; выдержка заготовки в указанном интервале температур в течение 1-3 часов; окончательное охлаждение; охлаждение заготовки до 1300-1400°C ведут со скоростью 100-200 град/час; нагрев и выдержку заготовки при 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C с последующим охлаждением до 1300-1400°C повторяют до 3 раз.The features of the proposed technical solution, distinctive from the prototype: heating the workpiece to 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C lead at a pressure of 1-36 mm. Hg; holding the workpiece in one of the indicated temperature and pressure ranges for 1-3 hours; cooling the workpiece to 1300-1400 ° C; heating the workpiece to 1750-1900 ° C; holding the workpiece in the specified temperature range for 1-3 hours; final cooling; cooling the workpiece to 1300-1400 ° C is carried out at a speed of 100-200 degrees / hour; heating and holding the workpiece at 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C, followed by cooling to 1300-1400 ° C, is repeated up to 3 times.

Ведение нагрева заготовки до 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C при давлении 1-36 мм рт.ст. с последующей выдержкой в указанных интервалах температур и давлений в течение 1-3 часов и охлаждением до 1300-1400°C позволяет еще до выдержки заготовки при 1700-1900°C ввести в нее большую часть кремния (это экспериментально установленный нами факт).Keeping the workpiece heated to 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C at a pressure of 1-36 mm Hg with subsequent exposure in the indicated temperature and pressure ranges for 1-3 hours and cooling to 1300-1400 ° C, even before the workpiece is held at 1700-1900 ° C, most of the silicon can be introduced into it (this is an experimentally established fact by us).

Ведение охлаждения заготовки с 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C до 1300-1400°C со скоростью 100-200 град/час обеспечивает более полное заполнение пор материала кремнием.The cooling of the workpiece from 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C to 1300-1400 ° C with a speed of 100-200 degrees / hour provides a more complete filling of the pores of the material silicon.

Повторение до 3-х раз нагрева и выдержки заготовки при 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C в течение 1-3 часов с последующим охлаждением до 1300-1400°C обеспечивает более полное и равномерное по высоте и периметру заготовки заполнение пор материала кремнием, что особенно важно для крупногабаритных заготовок.Repeating up to 3 times the heating and aging of the workpiece at 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C for 1-3 hours, followed by cooling to 1300-1400 ° C provides a more complete and uniform filling and pore filling of the material with silicon, which is especially important for bulky workpieces.

Последующий нагрев и выдержка при 1700-1900°C в течение 1-3-х часов обеспечивает перевод кремния, зашедшего в поры материала, в карбид кремния.Subsequent heating and exposure at 1700-1900 ° C for 1-3 hours ensures the transfer of silicon, which has entered the pores of the material, into silicon carbide.

При этом образование SiC сопровождается возникновением в порах материала дефицита кремния, и туда, где толщина слоя SiC еще не достигла предельной (для диффузии через него C и Si) толщины, из объема реактора диффундируют пары Si, а где уже достигла - то не диффундируют.In this case, the formation of SiC is accompanied by the occurrence of a silicon deficit in the pores of the material, and where the SiC layer has not yet reached the maximum thickness (for diffusion of C and Si through it), Si vapor diffuses from the reactor volume, and where it has already reached, it does not diffuse.

Нагрев заготовки при давлении 1-36 мм рт.ст. до температуры более 1700°C нецелесообразен, т.к. достаточно большое количество кремния входит в поры материала при более низких температурах, а процесс же необоснованно удлиняется. Более того, если вхождение первых порций кремния совпадет с температурой более 1700°C, когда кремний имеет сравнительно высокую химическую активность, то это может привести к снижению физико-механических характеристик УККМ из-за частичной карбидизации углеродных волокон.Heating the workpiece at a pressure of 1-36 mm Hg up to a temperature of more than 1700 ° C is impractical because a sufficiently large amount of silicon enters the pores of the material at lower temperatures, and the process is unreasonably extended. Moreover, if the occurrence of the first portions of silicon coincides with a temperature of more than 1700 ° C, when silicon has a relatively high chemical activity, this can lead to a decrease in the physicomechanical characteristics of CCFM due to the partial carbidization of carbon fibers.

Окончательное охлаждение заготовки обеспечивает завершение технологического процесса изготовления изделия из УККМ.The final cooling of the workpiece ensures the completion of the manufacturing process of the product from UKKM.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность большую часть кремния ввести в поры углеграфитового материала еще до стадии выдержки при 1750-1900°C, а на стадии выдержки обеспечить его дополнительное введение на тех участках, где его было недостаточно, с переводом в карбид кремния и доведением его содержания до предельного значения, в результате чего происходит выравнивание степени силицирования углеграфитового материала по высоте и периметру заготовки. Новое свойство позволяет повысить степень и равномерность силицирования, а также повысить воспроизводимость результатов от процесса к процессу. Способ осуществляют следующим образом.In the new set of essential features the object of the invention has a new property: the ability to introduce most of the silicon into the pores of the carbon-graphite material even before the exposure stage at 1750-1900 ° C, and at the aging stage to ensure its additional introduction in those areas where it was insufficient transferring silicon carbide into silicon carbide and bringing its content to the limit value, as a result of which the degree of siliconization of carbon-graphite material is aligned along the height and perimeter of the workpiece. The new property allows to increase the degree and uniformity of silicification, as well as to increase the reproducibility of the results from process to process. The method is as follows.

Одним из известных способов изготавливают заготовку из пористого углеграфитового материала. Затем заготовку нагревают в замкнутом объеме реактора в парах кремния до температуры 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C при давлении 1-36 мм рт.ст. После этого заготовку выдерживают в одном из указанных выше интервалов температур и давлений в течение 1-3-х часов. В этот период происходит испарение кремния из тиглей, расположенных вокруг заготовки. Пары кремния заполняют объем реактора, а затем диффундируют в объеме реактора к поверхности заготовки, а затем в поры материала. Но происходит это с низкой скоростью. Затем заготовку охлаждают до температуры 1300-1400°C при давлении 1-36 мм рт.ст, при этом наиболее оптимальной является скорость охлаждения в пределах 100-200 град/час.One of the known methods is made of a blank of porous carbon-graphite material. Then the workpiece is heated in a closed reactor volume in silicon vapor to a temperature of 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C at a pressure of 1-36 mm RT.article After that, the workpiece is kept in one of the above temperature and pressure ranges for 1-3 hours. During this period, silicon evaporates from crucibles located around the workpiece. Silicon vapor fills the volume of the reactor, and then diffuses in the volume of the reactor to the surface of the workpiece, and then into the pores of the material. But this happens at a low speed. Then the workpiece is cooled to a temperature of 1300-1400 ° C at a pressure of 1-36 mm RT.article, while the most optimal is the cooling rate in the range of 100-200 deg / hour.

В период выдержки заготовки при температурах 1500-1550°C, 1550-1600°C, 1600-1650°C или 1650-1700°C и охлаждения до 1300-1400°C, по известным нам причинам (а именно: благодаря конденсации паров кремния на поверхности и/или непосредственно в порах УУКМ) интенсифицируется перенос паров кремния в поры материала, где кремний карбидизуется, в результате чего возникает его дефицит. Поэтому туда, где возникает дефицит кремния, диффундируют из объема реактора пары кремния. Туда же, где дефицит кремния не возникает (а это происходит тогда, когда толщина слоя SiC достигает предельной для диффузии через него C и Si толщины), пары кремния не диффундируют. Это приводит к выравниванию содержания кремния по высоте и периметру заготовок из УККМ.During the exposure of the workpiece at temperatures of 1500-1550 ° C, 1550-1600 ° C, 1600-1650 ° C or 1650-1700 ° C and cooling to 1300-1400 ° C, for reasons known to us (namely, due to the condensation of silicon vapor on the surface and / or directly in the pores of the CCM), the transfer of silicon vapors to the pores of the material is intensified, where silicon is carbidized, resulting in its deficiency. Therefore, where silicon deficiency occurs, silicon vapors diffuse from the reactor volume. Where silicon deficiency does not occur (and this happens when the thickness of the SiC layer reaches the maximum thickness for diffusion through it of C and Si), silicon vapors do not diffuse. This leads to the alignment of the silicon content along the height and perimeter of the workpieces from UKKM.

Затем заготовку нагревают до 1750-1900°C и выдерживают в указанном интервале температур в течение 1-3 часов. В этот период завершается процесс карбидизации кремния и выравнивание его содержания в заготовке из УККМ. После этого заготовку окончательно охлаждают и извлекают из реактора.Then the preform is heated to 1750-1900 ° C and kept in the indicated temperature range for 1-3 hours. During this period, the process of silicon carbidization and the alignment of its content in the workpiece from UKKM are completed. After that, the workpiece is finally cooled and removed from the reactor.

Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа изготовления деталей из УККМ.The following are examples of a specific implementation of the method of manufacturing parts from UKKM.

Пример 1.Example 1

Изготавливали деталь в виде пластины размером 690×440×4 мм. Для этого углепластиковую заготовку на основе высокомодульной углеродной ткани марки УТ-900 и фенол-формальдегидного связующего марки БЖ карбонизовали в ретортной печи в среде азота при конечной температуре 850°C. Затем полученный при этом карбонизованный углепластик с плотностью 1,1-1,3 г/см3 насыщали пироуглеродом вакуумным изотермическим методом при температуре 900-1000°C до плотности 1,45-1,53 г/см3 и открытой пористости 6-12%. Затем пластину и тигли с кремнием размещали в замкнутом объеме реактора. В конкретном случае установили пластину из углеграфитового материала с плотностью 1,5 г/см3 и открытой пористостью 11,7%. Установку вакуумировали до 18 мм рт.ст. Нагрев до 1500-1550°C вели со скоростью 150-200 град/час. Затем проводили выдержку при 1500-1550°C в течение 2-х часов. После этого садку охлаждали до 1300°C со скоростью ≈150 град/час. Затем садку нагревали до 1800-1850°C со скоростью 150-200 град/час и выдерживали при 1800-1850°C в течение 2-х часов. После этого садку окончательно охлаждали до 70°C и извлекали из установки.The part was made in the form of a plate measuring 690 × 440 × 4 mm. For this, a carbon-plastic preform based on a high-modulus carbon fabric of the UT-900 brand and a phenol-formaldehyde binder of the BZ brand was carbonized in a retort furnace in a nitrogen atmosphere at a final temperature of 850 ° C. Then, the carbonized carbon fiber obtained with a density of 1.1-1.3 g / cm 3 was then saturated with pyrocarbon by a vacuum isothermal method at a temperature of 900-1000 ° C to a density of 1.45-1.53 g / cm 3 and an open porosity of 6-12 % Then the plate and crucibles with silicon were placed in a closed volume of the reactor. In a specific case, a carbon-graphite plate with a density of 1.5 g / cm 3 and an open porosity of 11.7% was installed. The installation was evacuated to 18 mm Hg. Heating to 1500-1550 ° C was carried out at a speed of 150-200 deg / h. Then spent holding at 1500-1550 ° C for 2 hours. After that, the charge was cooled to 1300 ° C at a rate of ≈150 deg / h. Then the charge was heated to 1800-1850 ° C at a speed of 150-200 deg / h and kept at 1800-1850 ° C for 2 hours. After that, the cage was finally cooled to 70 ° C and removed from the installation.

В результате получили пластину из УККМ с плотностью 1,84 г/см3 и открытой пористостью 8,0%. Содержание общего кремния в УККМ составило 18,5 вес.%.The result was a plate made of UKKM with a density of 1.84 g / cm 3 and an open porosity of 8.0%. The total silicon content in UKKM amounted to 18.5 wt.%.

Пример 2.Example 2

Изготавливали крупногабаритную деталь ⌀ 1500 мм и высотой 2000 мм в виде тонкостенной оболочки. Исходный материал детали имел плотность 1,48 г/см3 и открытую пористость 9,8%. Силицирование проводили аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что установили давление в реакторе 3 мм рт.ст.A large-sized part ⌀ 1500 mm and a height of 2000 mm was made in the form of a thin-walled shell. The source material of the part had a density of 1.48 g / cm 3 and an open porosity of 9.8%. Siliconization was carried out analogously to example 1 with the only difference being that the pressure in the reactor was set at 3 mm Hg.

В результате получили деталь из УККМ с разбросом плотности по высоте и периметру детали в пределах 1,74-1,92 г/см3.As a result, a part was obtained from UKKM with a density dispersion along the height and perimeter of the part in the range of 1.74-1.92 g / cm 3 .

Пример 3.Example 3

Аналогично примеру 2 с той лишь разницей, что операции нагрева и выдержки при температуре 1500-1550°C и охлаждения до 1300°C проводили 3 раза.Analogously to example 2 with the only difference that the operations of heating and aging at a temperature of 1500-1550 ° C and cooling to 1300 ° C were carried out 3 times.

В результате получили деталь из УККМ с существенно меньшим разбросом плотности по высоте и периметру детали, а именно: в пределах 1,83-1,92 г/см3.As a result, we obtained a part from UKKM with a significantly smaller density spread along the height and perimeter of the part, namely: within 1.83-1.92 g / cm 3 .

В таблице 1 приведены в более кратком изложении примеры 1-7 изготовления изделий из УККМ предлагаемым способом. Технологические параметры процесса силицирования в примерах 1-5 соответствуют заявляемым интервалам их значений, в примерах 6, 7, соответственно, значения температур нагрева и выдержки и значение давления выше верхнего предела. Пример 8 соответствует способу-прототипу.Table 1 shows a more concise summary of examples 1-7 of the manufacture of products from UKKM the proposed method. The technological parameters of the siliconization process in examples 1-5 correspond to the claimed ranges of their values, in examples 6, 7, respectively, the values of heating and holding temperatures and the pressure value above the upper limit. Example 8 corresponds to the prototype method.

В доказательство эффективности дополнительной стадии выдержки при температуре 1500-1550°C, или 1550-1600°C, или 1600-1650°C, или 1650-1700°C и давлении 1-36 мм рт.ст. с последующим охлаждением до 1300-1400°C в таблице 2 приведены примеры 1-4 конкретного выполнения способа изготовления изделий из УККМ с указанием основных свойств промежуточного и конечного УККМ.In evidence of the effectiveness of the additional holding stage at a temperature of 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C and a pressure of 1-36 mm Hg followed by cooling to 1300-1400 ° C in table 2 shows examples 1-4 of a specific implementation of the method of manufacturing products from UKKM with an indication of the basic properties of the intermediate and final UKKM.

Ниже в более подробном изложении приведены только примеры 1, 2. Примеры 1-4 таблицы 2 соответствуют примерам 4-7 таблицы 1.Below, in more detail, only Examples 1, 2 are given. Examples 1-4 of Table 2 correspond to Examples 4-7 of Table 1.

Пример 1, таблица 2 (в таблице 1 соответствует примеру 4).Example 1, table 2 (in table 1 corresponds to example 4).

Изготавливали деталь в виде пластины размерами 660×440×4 мм. На силицирование устанавливали пластину из углеграфитового материала плотностью 1,5 г/см3 и открытой пористостью 11,7%. Процесс силицирования проводили аналогично примеру 1, таблица 1, но не доводили его до конца, а именно: после выдержки при 1550-1600°C, не проводя нагрев и выдержку при 1800-1850°C, ее окончательно охлаждали до 70°C; при этом охлаждение до 1300°C вели со скоростью ≈150 град/час.The part was made in the form of a plate with dimensions of 660 × 440 × 4 mm. A plate made of carbon-graphite material with a density of 1.5 g / cm 3 and an open porosity of 11.7% was installed for silicification. The silicification process was carried out analogously to example 1, table 1, but did not bring it to the end, namely: after exposure at 1550-1600 ° C, without heating and aging at 1800-1850 ° C, it was finally cooled to 70 ° C; while cooling to 1300 ° C was carried out at a rate of ≈150 deg / h.

После извлечения заготовки проводили исследования. В результате исследований установили, что УККМ имел плотность 1,81 г/см3 и открытую пористость 3,7%. При этом содержание общего кремния в УККМ составило 18,0 вес %, что является доказательством того, что значительная часть кремния вошла в материал еще до стадии выдержки при температуре 1800-1850°C.After removing the preform, studies were performed. As a result of the studies, it was found that the UKKM had a density of 1.81 g / cm 3 and an open porosity of 3.7%. The content of total silicon in the UKCM was 18.0 wt%, which is evidence that a significant part of the silicon entered the material even before the stage of exposure at a temperature of 1800-1850 ° C.

После проведения исследований пластина была установлена на режим, являющийся дополнением к уже проведенному, а именно: пластина была нагрета в парах кремния от комнатной температуры до температуры 1800-1850°C со скоростью 150-200 град/час при давлении 18 мм рт.ст. с последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 1 часа и охлаждением до 70°C.After conducting studies, the plate was set to a mode that complements the one already carried out, namely: the plate was heated in silicon vapor from room temperature to a temperature of 1800-1850 ° C at a speed of 150-200 deg / h at a pressure of 18 mm Hg. followed by exposure in the indicated temperature range for 1 hour and cooling to 70 ° C.

В результате получен УККМ с плотностью 1,86 г/см3 и открытой пористостью 8,8%. При этом содержание общего кремния в УККМ составило 20,1 вес.%. Из сопоставления содержания общего кремния в УККМ после конденсации паров Si непосредственно в порах материла и после окончательной обработки следует, что большая часть кремния вошла на 1-ой стадии.As a result, a CCM with a density of 1.86 g / cm 3 and an open porosity of 8.8% was obtained. The content of total silicon in UKKM amounted to 20.1 wt.%. From a comparison of the total silicon content in the UKCM after the condensation of Si vapor directly in the pores of the material and after the final treatment, it follows that most of the silicon entered at the first stage.

Пример 2, таблица 2 (в таблице 1 соответствует примеру 5).Example 2, table 2 (in table 1 corresponds to example 5).

Аналогично примеру 1 таблицы 2 с той лишь разницей, что выдержку проводили при 1600-1650°C. В результате уже на этой стадии, т.е. до выдержки при 1800-1850°C получили УККМ с плотностью 1,78 г/см3 и открытой пористостью 3,4%. При этом содержание в УККМ общего кремния составило 18,5 вес.%, что является доказательством того, что значительная часть кремния вошла в материал еще до стадии выдержки при температуре 1800-1850°C.Analogously to example 1 of table 2 with the only difference that the exposure was carried out at 1600-1650 ° C. As a result, already at this stage, i.e. before exposure at 1800-1850 ° C, they obtained a UKKM with a density of 1.78 g / cm 3 and an open porosity of 3.4%. In this case, the content of total silicon in the UKCM was 18.5 wt.%, Which is evidence that a significant part of the silicon entered the material even before the exposure stage at a temperature of 1800-1850 ° C.

После проведения исследований пластина была установлена на режим, являющийся дополнением к ранее проведенному режиму, а именно: пластина была нагрета в парах кремния с 20°C до температуры 1800-1850°C при давлении 18 мм рт.ст. со скоростью 150-200 град/час с последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 1 часа. После этого садку охладили до 70°C и пластину извлекли.After conducting studies, the plate was set to a mode that complements the previously conducted mode, namely: the plate was heated in silicon vapor from 20 ° C to a temperature of 1800-1850 ° C at a pressure of 18 mm Hg. at a speed of 150-200 degrees / hour, followed by exposure in the indicated temperature range for 1 hour. After that, the cage was cooled to 70 ° C and the plate was removed.

В результате получили УККМ с плотностью 1,88 г/см3 и открытой пористостью 9,2%. При этом содержание общего кремния в УККМ составило 20,2 вес.%. Из сопоставления содержания общего кремния в УККМ после конденсации паров кремния непосредственно в порах материала и после окончательной обработки опять-таки следует, что большая часть кремния вошла на 1-ой стадии.The result was a UKKM with a density of 1.88 g / cm 3 and an open porosity of 9.2%. The content of total silicon in UKKM amounted to 20.2 wt.%. From a comparison of the total silicon content in the UKCM after the condensation of silicon vapors directly in the pores of the material and after the final processing, it again follows that most of the silicon entered at the first stage.

Из анализа таблиц 1 и 2 можно сделать следующие выводы:From the analysis of tables 1 and 2, we can draw the following conclusions:

1. Изделия, изготовленные из УККМ предлагаемым способом в соответствии с заявляемыми режимами (примеры №1-5) имеют достаточно высокую степень и равномерность силицирования.1. Products made from UKKM by the proposed method in accordance with the claimed modes (examples No. 1-5) have a fairly high degree and uniformity of silicification.

2. Изделия, изготовленные из УККМ предлагаемым способом, но не в соответствии с заявляемыми режимами, имеют недостаточную степень и равномерность силицирования и более низкий предел прочности при растяжении.2. Products made from UKKM by the proposed method, but not in accordance with the claimed modes, have an insufficient degree and uniformity of silicification and a lower tensile strength.

3. Изделия, изготовленные из УККМ известным способом-прототипом, имеют еще более низкие показатели по степени и равномерности силицирования.3. Products made from UKKM by a known prototype method have even lower rates in terms of degree and uniformity of silicification.

Статистическая обработка результатов силицирования в ретортах ⌀700×h1600 мм и ⌀1700×h2400 мм предлагаемым способом показала, что удовлетворительные результаты по степени и равномерности силицирования получены в 72 и 40% случаев, а по способу-прототипу - в 43 и 21% случаев соответственно. Это свидетельствует о более высокой степени воспроизводимости получения удовлетворительных результатов силицирования предлагаемым способом в сравнении со способом прототипом.Statistical processing of the results of silicification in retorts of ⌀700 × h1600 mm and ⌀1700 × h2400 mm by the proposed method showed that satisfactory results in the degree and uniformity of silicification were obtained in 72 and 40% of cases, and in the prototype method in 43 and 21% of cases, respectively . This indicates a higher degree of reproducibility of obtaining satisfactory results of silicification of the proposed method in comparison with the method of the prototype.

Таблица 1Table 1 № п/пNo. p / p Размеры заготовок, ммSizes of blanks, mm Основные характеристики углеграфитового материалаMain characteristics of carbon-graphite material Технологические параметры процесса силицированияSiliconization process parameters Основные характеристики УККМMain characteristics of UKKM ПримечаниеNote γ, г/см3 γ, g / cm 3 ОП, %OP,% γ, г/см3 γ, g / cm 3 ОП, %OP,% Содержание общего кремния в вес.%The total silicon content in wt.% 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1one 690×440×4690 × 440 × 4 1,51,5 11,711.7 Нагрев и выдержка при 1500-1550°C и давлении 18 мм рт.ст. в течение 120 мин. Охлаждение до 1300°C со скоростью ~150 град/час. Нагрев и выдержка при 1800-1850°C в течение 60 минHeating and holding at 1500-1550 ° C and a pressure of 18 mm Hg within 120 minutes Cooling to 1300 ° C at a speed of ~ 150 deg / h. Heating and holding at 1800-1850 ° C for 60 minutes 1,841.84 8,08.0 18,518.5 Достаточно высокая равномерность силицированияSufficiently uniform siliconization 22 Тонкостен-ная оболочка ⌀1500×h2000 ммThin-walled shell ⌀1500 × h2000 mm 1,481.48 9,89.8 Аналогично 1-му примеру. Отличие в том, что установили давление в реакторе 3 мм рт.ст.Similar to 1st example. The difference is that they set the pressure in the reactor to 3 mm Hg. 1,74-1,921.74-1.92 7,6-12,87.6-12.8 14,9-22,914.9-22.9 Недостаточно высокая равномерность силицированияNot sufficiently high silicon uniformity 33 -//-- // - 1,491.49 8,68.6 Аналогично 2-му примеру. Отличие в том, что нагрев и выдержку при 1500-1550°C и охлаждение до 1300°C повторяли 3 разаSimilarly to the 2nd example. The difference is that heating and holding at 1500-1550 ° C and cooling to 1300 ° C were repeated 3 times 1,83-1,921.83-1.92 8,0-10,78.0-10.7 18,6-22,418.6-22.4 Достаточно высокая равномерность силицированияSufficiently uniform siliconization 4four 690×440×4690 × 440 × 4 1,51,5 11,711.7 Нагрев и выдержка при 1550-1600°C и давлении 18 мм рт.ст. в течение 120 мин. Охлаждение до 1300°C со скоростью ~150 град/час. Нагрев и выдержка при 1800-1850°C в течение 60 минHeating and holding at 1550-1600 ° C and a pressure of 18 mm Hg within 120 minutes Cooling to 1300 ° C at a speed of ~ 150 deg / h. Heating and holding at 1800-1850 ° C for 60 minutes 2,032.03 8,88.8 20,120.1 Соответствует примеру 1 в таблице 2Corresponds to example 1 in table 2 55 -//-- // - -//-- // - -//-- // - Нагрев и выдержка при 1600-1650°C и давлении 18 мм рт.ст. в течение 90 мин. Охлаждение до 1300°C со скоростью ~150 град/час. Нагрев и выдержка при 1800-1850°C в течение 60 минHeating and holding at 1600-1650 ° C and a pressure of 18 mm Hg within 90 minutes Cooling to 1300 ° C at a speed of ~ 150 deg / h. Heating and holding at 1800-1850 ° C for 60 minutes 1,881.88 9,29.2 20,220,2 Соответствует примеру 2 в таблице 2Corresponds to example 2 in table 2 66 -//-- // - -//-- // - -//-- // - Нагрев и выдержка при 1700-1750°C и давлении 18 мм рт.ст. течение 60 мин. Охлаждение до 1300°C со скоростью ~150 град/час. Нагрев и выдержка при 1800-1850°C в течение 60 минHeating and holding at 1700-1750 ° C and a pressure of 18 mm Hg within 60 minutes Cooling to 1300 ° C at a speed of ~ 150 deg / h. Heating and holding at 1800-1850 ° C for 60 minutes 1,7-1,831.7-1.83 9,3-12,99.3-12.9 11,8-18,011.8-18.0 Соответствует примеру 3 в таблице 2Corresponds to example 3 in table 2 77 -//-- // - -//-- // - -//-- // - Нагрев и выдержка при 1500-1550°C и давлении 100 мм рт.ст. в течение 60 мин. Охлаждение до 1300°C со скоростью ~ 150 град/час. Нагрев и выдержка при 1800-1850°C в течение 60 мин.Heating and holding at 1500-1550 ° C and a pressure of 100 mm Hg within 60 minutes Cooling to 1300 ° C at a speed of ~ 150 deg / h. Heating and holding at 1800-1850 ° C for 60 min. 1,7-1,831.7-1.83 9,3-12,99.3-12.9 11,8-18,011.8-18.0 Соответствует примеру 4 в таблице 2Corresponds to example 4 in table 2 88 -//-- // - 1,481.48 7,97.9 Нагрев и выдержка в парах кремния при 1800-1850°C и давлении 3 мм рт.ст. в течение 120 мин. Охлаждение до 70°CHeating and aging in silicon vapors at 1800-1850 ° C and a pressure of 3 mm Hg within 120 minutes Cooling to 70 ° C 1,62-1,871.62-1.87 9,1-12,99.1-12.9 8,6-20,88.6-20.8 Высокая неравномерность силицированияHigh Silicon Irregularity

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (3)

1. Способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого материала, включающий изготовление заготовки из пористого углеграфитового материала, нагрев ее в замкнутом объеме реактора в инертной атмосфере или вакууме в парах кремния до 1700-1900°С с последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 1-3 ч и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев заготовки до 1500-1550°С, или 1550-1600°С, или 1600-1650°С, или 1650-1700°С ведут при давлении 1-36 мм рт.ст. с последующей выдержкой в одном из указанных интервалов температур и давлений в течение 1-3 ч и охлаждением до 1300-1400°С, после чего заготовку нагревают до 1750-1900°С, выдерживают в указанном интервале температур в течение 1-3 ч и окончательно охлаждают.1. A method of manufacturing products from carbon-carbide-silicon material, including the manufacture of a workpiece from porous carbon-graphite material, heating it in a closed reactor volume in an inert atmosphere or vacuum in silicon vapor to 1700-1900 ° C, followed by exposure in the specified temperature range for 1- 3 hours and cooling, characterized in that the preform is heated to 1500-1550 ° C, or 1550-1600 ° C, or 1600-1650 ° C, or 1650-1700 ° C, at a pressure of 1-36 mm Hg. followed by exposure in one of the indicated temperature and pressure ranges for 1-3 hours and cooling to 1300-1400 ° C, after which the workpiece is heated to 1750-1900 ° C, kept in the specified temperature range for 1-3 hours and finally cool. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение заготовки до 1300-1400°С ведут со скоростью 100-200 град/ч.2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling of the workpiece to 1300-1400 ° C is carried out at a speed of 100-200 deg / h. 3. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что нагрев и выдержку заготовки при 1500-1550°С, 1550-1600°С, 1600-1650°С или 1650-1700°С с последующим охлаждением до 1300-1400°С повторяют до 3-х раз. 3. The method according to any one of claims 1, 2, characterized in that the heating and holding the workpiece at 1500-1550 ° C, 1550-1600 ° C, 1600-1650 ° C or 1650-1700 ° C, followed by cooling to 1300- 1400 ° C is repeated up to 3 times.
RU2011128209/03A 2011-07-07 2011-07-07 Method of making articles from carbon-silicon carbide material RU2471750C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128209/03A RU2471750C1 (en) 2011-07-07 2011-07-07 Method of making articles from carbon-silicon carbide material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128209/03A RU2471750C1 (en) 2011-07-07 2011-07-07 Method of making articles from carbon-silicon carbide material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2471750C1 true RU2471750C1 (en) 2013-01-10

Family

ID=48806032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011128209/03A RU2471750C1 (en) 2011-07-07 2011-07-07 Method of making articles from carbon-silicon carbide material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2471750C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1834839C (en) * 1991-06-28 1993-08-15 Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита Method for saturation of porous carbon material with silicon carbide
RU2058964C1 (en) * 1992-05-07 1996-04-27 Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита Method for production of composite material based on carbon fiber and silicon carbide
US6500557B1 (en) * 1993-09-24 2002-12-31 Ishizuka Research Institute, Ltd. Composite and method for producing the same
US20050179152A1 (en) * 2001-12-31 2005-08-18 Moritz Bauer Process for producing shaped bodies comprising fiber-reinforced ceramic materials
RU2337083C2 (en) * 2006-06-07 2008-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Кераком" (ООО "НПФ "Кераком") Method of production of fiber-reinforced carbon-silicon carbide composite material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1834839C (en) * 1991-06-28 1993-08-15 Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита Method for saturation of porous carbon material with silicon carbide
RU2058964C1 (en) * 1992-05-07 1996-04-27 Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита Method for production of composite material based on carbon fiber and silicon carbide
US6500557B1 (en) * 1993-09-24 2002-12-31 Ishizuka Research Institute, Ltd. Composite and method for producing the same
US20050179152A1 (en) * 2001-12-31 2005-08-18 Moritz Bauer Process for producing shaped bodies comprising fiber-reinforced ceramic materials
RU2337083C2 (en) * 2006-06-07 2008-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Кераком" (ООО "НПФ "Кераком") Method of production of fiber-reinforced carbon-silicon carbide composite material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9446560B2 (en) Fast firing method for high porosity ceramics
RU2490238C1 (en) Method of manufacturing products from composite materials and device for its realisation
RU2486163C2 (en) Method of making articles from ceramic-matrix composite material
RU2480433C2 (en) Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material
RU2531503C1 (en) Method of manufacturing products from composite material
US20070014990A1 (en) Support structure for radiative heat transfer
RU2458889C1 (en) Method of making articles from carbon-silicon carbide material
RU2601049C1 (en) Method of applying gas-tight coating of silicon carbide
RU2471750C1 (en) Method of making articles from carbon-silicon carbide material
CN110041089A (en) A kind of carbon/ceramic friction material and preparation method thereof
RU2470857C1 (en) Method of making parts from carbon-carbide-silicon material
CN111344444A (en) Alumina fiber, alumina fiber aggregate, and holding material for exhaust gas purifying device
RU2568673C2 (en) Production of articles from ceramic-matrix composites
RU2559245C1 (en) Method of manufacturing products from ceramic-matrix composite material
US20100078839A1 (en) Pitch densification of carbon fiber preforms
RU2539465C2 (en) Method for manufacturing products of reaction-sintered composite material
RU2468991C1 (en) Method of manufacturing products from carbon-silicon material
RU2460707C1 (en) Method of making articles from carbon-silicon carbide material
RU2497778C1 (en) Method of producing articles from carbon-siliconcarbide material
RU2494043C1 (en) Method of making articles from carbon-silicon carbide material
RU2569385C1 (en) Method of making articles from heat-resistant composite materials
RU2554645C2 (en) Method of producing articles from sintered composites
RU2716323C1 (en) Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation
RU2464250C1 (en) Method of making articles from carbon-silicon carbide material
RU2469950C1 (en) Method of manufacturing products from carbon-silicon carbide material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180708