RU2494042C1 - Method of making articles from carbon-silicon carbide material - Google Patents
Method of making articles from carbon-silicon carbide material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2494042C1 RU2494042C1 RU2012100882/05A RU2012100882A RU2494042C1 RU 2494042 C1 RU2494042 C1 RU 2494042C1 RU 2012100882/05 A RU2012100882/05 A RU 2012100882/05A RU 2012100882 A RU2012100882 A RU 2012100882A RU 2494042 C1 RU2494042 C1 RU 2494042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- heating
- carried out
- silicon nitride
- reactor
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды и может быть использовано в химической, нефте-химической и химико-металлургической отраслях промышленности, а также в авиатехнике для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред.The invention relates to the field of structural materials operating under 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.
Известен способ изготовления изделий из УККМ, включающий изготовление заготовки из пористого углеграфитового материала и ее силицирование жидкофазным методом путем погружения заготовки в расплав кремния [пат. США №4397901 кл. С23С 11/08, 1983 г.].A known method of manufacturing products from UKKM, including the manufacture of a workpiece from a porous carbon-graphite material and its silicification by the liquid-phase method by immersing the workpiece in a silicon melt [US Pat. USA No. 4397901 cl. C23C 11/08, 1983].
Недостатком способа является его сложность из-за сложного аппаратурного оформления при использовании его для изготовления крупногабаритных изделий.The disadvantage of this method is its complexity due to the complex hardware design when using it for the manufacture of bulky products.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления изделий из УККМ, включающий изготовление заготовки из пористого углеграфитового материала, формирование на ней шликерного покрытия на основе композиции из силицирующего агента и - временного связующего с последующим силицированием заготовки жидкофазным методом путем нагрева ее в вакууме или при атмосферном давлении в аргоне до температуры 1800°С, выдержки в течение 1-2x часов при 1800-1850°С и охлаждения. При этом в качестве силицирующего агента используется кремний [пат. РФ №2084425, С04В 35/52, 1997 г.].The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing products from UKKM, including the manufacture of a workpiece from a porous carbon-graphite material, the formation of a slip coating on it based on a composition of a siliconizing agent and a temporary binder followed by silicification of the workpiece by the liquid-phase method by heating it in vacuum or at atmospheric pressure in argon to a temperature of 1800 ° C, holding for 1-2 x hours at 1800-1850 ° C and cooling. In this case, silicon is used as a siliconizing agent [US Pat. RF №2084425, С04В 35/52, 1997].
Благодаря упрощению аппаратурного оформления упрощается технология изготовления крупногабаритных изделий.Due to the simplification of hardware design, the technology of manufacturing large-sized products is simplified.
И тем не менее он остается еще достаточно сложным применительно к крупногабаритным изделиям 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 с образованием наростов на изделии.Nevertheless, it still remains quite complex in relation to large-sized products because of the need to heat them from 1300 to 1650 ° C at a speed of at least 600 deg / h for quickly transferring 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 carbonized, which leads to a loss of its ability to flow during subsequent heating and, as a result, to surface silicification with the formation of growths on the product.
К увеличению вязкости расплава кремния приводит также его частичная карбидизация из-за взаимодействия с углеродсодержащими реакторными газами.A partial carbidization due to interaction with carbon-containing reactor gases also leads to an increase in the viscosity of the silicon melt.
Задачей изобретения является дополнительное упрощение способа изготовления крупногабаритных изделий из УККМ при высокой чистоте их поверхности и высокой прочности.The objective of the invention is to further simplify the method of manufacturing large-sized products from UKKM with high purity of their surface and high strength.
Эта задача решается за счет того, что в способе изготовления изделий из УККМ, включающей изготовление заготовки из пористого углеграфитового материала, формирование на ней шликерного покрытия на основе композиции из силицирующего агента и временного связующего с последующим силицированием заготовки путем нагрева ее в вакууме или при атмосферном давлении в аргоне до температуры 1800°С, выдержки в течение 1-2х часов при 1800-1850°С и охлаждения, шликерное покрытие выполняют комбинированным на основе нитрида кремния и капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния или нитрида кремния и кремния; при этом внутренние слои шликерного покрытия формируют на основе нитрида кремния, наружные - на основе кремния или капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния, а нагрев до температуры 1800°С осуществляют по режиму: с 1000°С до температуры образования из порошка кремния или капсулированного кремния расплава кремния, но не менее, чем до 1500°С, нагрев ведут с возможно высокой скоростью в пределах 350-500 град/час после чего продолжают нагрев до 1650°С со скоростью не менее 200-250 град/час и с 1650 до 1800°С со скоростью не менее 100-200 град/час (1ый вариант) или по режиму:This problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing products from UKKM, including the manufacture of a workpiece from porous carbon-graphite material, the formation of a slip coating on it based on a composition of a siliconizing agent and a temporary binder followed by siliconizing the workpiece by heating it in vacuum or at atmospheric pressure in argon to a temperature of 1800 ° C, a residence time of 1-2 h at 1800-1850 ° C and cooling the combined slip coating is based on silicon nitride and a nitride encapsulated silicon shell silicon or silicon nitride and silicon; the inner layers of the slip coating are formed on the basis of silicon nitride, the outer ones are based on silicon or silicon encapsulated in a silicon nitride shell, and heating to a temperature of 1800 ° C is carried out according to the regime: from 1000 ° C to the temperature of formation of a silicon melt from silicon powder or encapsulated silicon , but not less than up to 1500 ° C, heating is carried out with the highest possible speed in the range of 350-500 deg / h and then continue heating to 1650 ° C at a speed of at least 200-250 deg / h and from 1650 to 1800 ° C with at least 100-200 ° C / hour (1 st boil nt) or mode:
с 1000 до 1300-1400°С нагрев ведут с возможно высокой скоростью, по крайней мере в пределах 200-250 град/час, затем производят изотермическую выдержку в указанном интервале температур в течение 40-60 мин, после чего продолжают нагрев до 1700°С со скоростью не менее 300-350 град/час и с 1700 до 1800°С - со скоростью не менее 100-200 град/час (2ой вариант); при этом в обоих режимах нагрев в интервале температур 1600-1650°С производят при давлении в реакторе не более 300 мм.рт.ст., а нагрев в интервале температур 1650-1800°С, изотермическую выдержку при 1800-1850°С и охлаждение - при давлении в реакторе не более 36 мм.рт.ст.from 1000 to 1300-1400 ° C, heating is carried out at the highest possible speed, at least in the range of 200-250 degrees / hour, then isothermal exposure is carried out in the indicated temperature range for 40-60 minutes, after which heating is continued to 1700 ° C with at least 300-350 deg / hr and from 1700 to 1800 ° C - at a speed of at least 100-200 ° / hour (2nd variant); while in both modes, heating in the temperature range 1600-1650 ° C is carried out at a pressure in the reactor of not more than 300 mm Hg, and heating in the temperature range 1650-1800 ° C, isothermal holding at 1800-1850 ° C and cooling - at a pressure in the reactor of not more than 36 mm Hg.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа силицирование проводят в парах кремния, для чего в садку устанавливают тигли с кремнием; при этом часть тиглей заполняют порошком кремния.In one of the preferred embodiments of the method, siliconization is carried out in silicon vapors, for which crucibles with silicon are installed in the cage; while part of the crucibles is filled with silicon powder.
Еще в одном предпочтительном варианте осуществления способа при. использовании в комбинированном шликерном покрытии нитрида кремния и капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния нагрев до 1600°С проводят при давлении в реакторе 600-760 мм рт.ст., а по достижении указанной температуры давление в реакторе уменьшают до 1-300 мм рт.ст., после чего нагрев до 1800°С проводят при давлении в реакторе ≤36 мм рт.ст.In another preferred embodiment of the process, with. use in a combined slip coating of silicon nitride and silicon encapsulated in a silicon nitride shell up to 1600 ° C is carried out at a pressure in the reactor of 600-760 mm Hg, and when the specified temperature is reached, the pressure in the reactor is reduced to 1-300 mm Hg. then heating to 1800 ° C is carried out at a reactor pressure of ≤36 mm Hg.
Выполнение шликерного покрытия комбинированным на основе нитрида кремния и капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния или нитрида кремния и кремния, в котором внутренние слои сформированы на основе нитрида кремния, а наружные - на основе кремния или капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния, создает предпосылки для получения на их основе плотного материала системы Si3N4-Si за счет возможности пропитки пористого слоя из Si3N4 расплавом кремния.The implementation of a slip coating combined on the basis of silicon nitride and encapsulated in a silicon nitride shell of silicon or silicon and silicon nitride, in which the inner layers are formed on the basis of silicon nitride, and the outer ones on the basis of silicon or encapsulated in a silicon nitride shell, creates the prerequisites for obtaining them dense material of the Si 3 N 4 -Si system due to the possibility of impregnation of the porous layer of Si 3 N 4 with a silicon melt.
Проведение нагрева в 1ом варианте режима с температуры 1000°C до температуры образования из порошка кремния или капсулированного кремния расплава кремния, но не менее 1500°C, с возможно высокой скоростью в пределах 350-500 град/час позволяет за счет сокращения времени контакта их с углеродсодержащими реакторными газами уменьшить степень их карбидизации и тем самым предотвратить возможное увеличение вязкости расплава кремния. В свою очередь это обеспечивает возможность получения более плотного материала системы Si3N4-Si за счет пропитки указанным расплавом пористого шликерного покрытия на основе Si3N4.Carrying out heating in the 1st ohm version of the mode from a temperature of 1000 ° C to the temperature of formation of a silicon melt from a silicon powder or encapsulated silicon, but not less than 1500 ° C, with a possible high speed in the range of 350-500 deg / h, allows them to with carbon-containing reactor gases to reduce the degree of their carbidization and thereby prevent a possible increase in the viscosity of the silicon melt. In turn, this makes it possible to obtain a more dense material of the Si 3 N 4 -Si system due to the impregnation of the porous slip coating based on Si 3 N 4 with said melt.
При соблюдении указанной скорости нагрева, но до температуры менее 1500°C, расплав кремния имеет еще сравнительно высокую вязкость, что может привести к некачественной пропитке по указанной причине, а также по причине возрастания вязкости из-за частичной карбидизации расплава кремния. Этот же эффект возникает при меньшей, чем 350 град/час, скорости нагрева.Subject to the indicated heating rate, but to a temperature of less than 1500 ° C, the silicon melt has a relatively high viscosity, which can lead to poor-quality impregnation for the indicated reason, as well as because of the increase in viscosity due to partial carbidization of the silicon melt. The same effect occurs when the heating rate is less than 350 deg / h.
Продолжение нагрева до 1650°C со скоростью не менее 200-250 град/час в совокупности с высокой скоростью нагрева в интервале 1000-1500°C позволяет сократить время контакта частиц нитрида кремния во внутреннем слое шликерного покрытия с углеродсодержащими газами и тем самым существенно уменьшить степень его карбидизации.Continuing heating to 1650 ° C with a speed of at least 200-250 deg / h in combination with a high heating rate in the range of 1000-1500 ° C reduces the contact time of silicon nitride particles in the inner layer of the slip coating with carbon-containing gases and thereby significantly reduce the degree of its carbidization.
Продолжение нагрева с 1650 до 1800°C со скоростью не менее 100-200 град/час при давлении в реакторе не более 36 мм рт.ст. позволяет уменьшить время контакта расплава кремния, образующегося при разложении материала системы Si3N4-Si, с углеродсодержащей атмосферой и тем самым существенно уменьшить его карбидизацию.Continued heating from 1650 to 1800 ° C at a speed of at least 100-200 deg / h at a pressure in the reactor of not more than 36 mm Hg allows to reduce the contact time of the silicon melt formed during the decomposition of the material of the Si 3 N 4 -Si system with a carbon-containing atmosphere and thereby significantly reduce its carbidization.
Проведение нагрева во 2ом варианте режима с 1000 до 1300-1400°C с возможно высокой скоростью, по крайней мере в пределах 200-250 град/час, и ограничение выдержки в указанном интервале температур (1300-1400°C) 40-60 минутами позволяет избежать существенной карбидизации частиц кремния и нитрида кремния и в то же время обеспечить прогрев футеровки реактора, что в свою очередь создает предпосылки для обеспечения возможности нагрева крупногабаритных изделий в более высокотемпературном интервале (при нагреве до 1700°C) с достаточно высокой скоростью (300-350 град/час).Carrying out heating in the 2nd variant of the mode from 1000 to 1300-1400 ° C with the highest possible speed, at least within 200-250 deg / h, and limiting the exposure in the indicated temperature range (1300-1400 ° C) to 40-60 minutes avoids significant carbidization of silicon and silicon nitride particles and at the same time ensures heating of the reactor lining, which in turn creates the prerequisites for allowing large-sized products to be heated in a higher temperature range (when heated to 1700 ° C) at a fairly high speed (300- 350 deg / ha from).
Продолжение нагрева до 1700°C со скоростью не менее 300-350 град/час позволяет избежать существенной карбидизации частиц нитрида кремния и образующегося при разложении материала системы Si3N4-Si расплава кремния за счет уменьшения времени контакта их с углеродсодержащей атмосферой.Continuing heating to 1700 ° C at a rate of at least 300-350 deg / h allows you to avoid significant carbidization of silicon nitride particles and the silicon melt formed during the decomposition of the material of the Si 3 N 4 -Si system due to a decrease in their contact time with the carbon-containing atmosphere.
Проведение нагрева в интервале температур 1600-1650°C при давлении в реакторе не более 300 мм рт.ст. обеспечивает возможность разложения в указанном интервале температур материала системы Si3N4-Si с образованием расплава кремния приемлемой вязкости и химической активности.Carrying out heating in the temperature range 1600-1650 ° C at a pressure in the reactor of not more than 300 mm Hg permits expansion in said system the temperature range of the material Si 3 N 4 to form -Si silicon melt acceptable viscosity and reactivity.
Проведение - при использовании в качестве силицирующего агента нитрида кремния и капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния- нагрева до 1500-1600°C при давлении в реакторе 600-760 мм рт.ст. с уменьшением его до 1-300 мм рт.ст. по достижении указанной температуры обеспечивает с одной стороны возможность снижения степени карбидизации силицирующих агентов за счет уменьшения скорости диффузии углеродсодержащих газов, с другой стороны позволяет ограничить температуру образования расплава кремния как из капсулированного кремния, так и из материала системы Si3N4-Si - температурой 1650°C.Carrying out - when using silicon nitride as siliconizing agent and silicon encapsulated in a silicon nitride shell, heating to 1500-1600 ° C at a pressure in the reactor of 600-760 mm Hg with a decrease to 1-300 mm RT.article upon reaching the indicated temperature, it provides, on the one hand, the possibility of decreasing the degree of carbidization of siliconizing agents by reducing the diffusion rate of carbon-containing gases, and, on the other hand, it makes it possible to limit the temperature of the formation of a silicon melt both from encapsulated silicon and from the material of the Si 3 N 4 -Si system with a temperature of 1650 ° C.
Продолжение нагрева с температуры 1700 до 1800°C при давлении в реакторе не более 36 мм рт.ст. позволяет уменьшить время контакта расплава кремния, образующегося при разложении материала системы Si3N4-Si.Continued heating from a temperature of 1700 to 1800 ° C at a pressure in the reactor of not more than 36 mm Hg allows to reduce the contact time of the silicon melt formed during the decomposition of the material of the Si 3 N 4 -Si system.
Проведение силицирования в парах кремния, для чего в садку дополнительно устанавливают тигли с кремнием, по крайней мере часть из которых заполняют порошком кремния, позволяет связать часть углеродсодержащих реакторных газов и тем самым дополнительно уменьшить степень карбидизации кремния, капсулированного кремния и нитрида кремния.Siliconization in silicon vapors, for which crucibles with silicon are additionally installed in the cage, at least part of which is filled with silicon powder, allows the carbon-containing reactor gases to be bound together and thereby further reduce the degree of silicon carbidization, encapsulated silicon and silicon nitride.
Проведение выдержки при 1800-1850°C и давлении в реакторе<36 мм рт.ст. обеспечивает завершение карбидизации вошедшего в поры материала заготовки кремния, а также завершение процесса удаления избытка расплава кремния с силицируемой детали.Holding at 1800-1850 ° C and pressure in the reactor <36 mm Hg ensures the completion of carbidization of the silicon preform that has entered the pores, as well as the completion of the process of removing excess silicon melt from the siliconized part.
Охлаждение обеспечивает завершение технологического процесса.Cooling ensures the completion of the process.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность придать расплаву кремния низкую вязкость к моменту пропитки им пористого углеграфитового материала при температуре, не превышающей 1650°C, когда расплав кремния имеет приемлемую (не низкую и не слишком высокую) химическую активность, без необходимости нагрева с 1300 до 1650°C с чрезвычайно высокой скоростью, а именно: не менее 600 град/час (в предлагаемом способе требуется нагрев с меньшей скоростью, а именно: 350-500 град/час), а также исключить повышение вязкости не затекшего в поры материала расплава кремния (т.е. его избытка) и тем самым обеспечить его стекание с силицируемой заготовки.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to give a silicon melt a low viscosity at the time it is impregnated with a porous carbon-graphite material at a temperature not exceeding 1650 ° C, when the silicon melt has an acceptable (not low and not too high) chemical activity, without the need for heating from 1300 to 1650 ° C with an extremely high speed, namely: at least 600 degrees / hour (in the proposed method requires heating at a lower speed, namely: 350-500 degrees / hour), and also exclude Accelerating viscosity not stiff pores in the silicon material melt (i.e., its excess) and thereby provide it with runoff silitsiruemoy preform.
Одним из известных способов изготавливают заготовку из пористого углеграфитового материала. Затем формируют на ней шликерное покрытие на основе композиции из силицирующего агента и временного связующего. Шликерное покрытие выполняют комбинированным на основе нитрида кремния и капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния или нитрида кремния и кремния. При этом при формировании шликерного покрытия внутренние его слои формируют на основе нитрида кремния, а наружные - на основе кремния или капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния.One of the known methods is made of a blank of porous carbon-graphite material. Then a slip coating is formed on it based on a composition of a siliconizing agent and a temporary binder. A slip coating is performed combined on the basis of silicon nitride and silicon encapsulated in a silicon nitride shell or silicon and silicon nitride. In this case, when forming a slip coating, its inner layers are formed on the basis of silicon nitride, and the outer layers are based on silicon or silicon encapsulated in a silicon nitride shell.
В предпочтительном варианте осуществления способа в садку дополнительно устанавливают тигли с кремнием, что позволяет вести процесс силицирования в парах кремния. При этом по крайней мере часть тиглей заполняют порошком кремния.In a preferred embodiment of the method, silicon crucibles are additionally installed in the cage, which allows the siliconization process to be carried out in silicon vapors. At the same time, at least part of the crucibles is filled with silicon powder.
После этого производят силицирование путем нагрева до 1800°C, выдержки при 1800-1850°C и охлаждения.After that, silicification is carried out by heating to 1800 ° C, holding at 1800-1850 ° C and cooling.
В первом варианте предлагаемого способа силицирование проводят по следующему режиму.In the first embodiment of the proposed method, silicification is carried out according to the following mode.
Нагрев с 1000°C до температуры образования из порошка кремния (или из капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния) расплава кремния, но не менее 1500°C, проводят с возможно высокой скоростью в пределах 350-500 град/час; при этом нагрев в интервале температур 1600-1650°C проводят при давлении в реакторе не более 300 мм рт.ст.Heating from 1000 ° C to the temperature of formation of silicon melt from silicon powder (or from silicon encapsulated in a silicon nitride shell), but not less than 1500 ° C, is carried out at the highest possible speed in the range of 350-500 deg / h; while heating in the temperature range 1600-1650 ° C is carried out at a pressure in the reactor of not more than 300 mm Hg
При нагреве с 1000 до 1650°C порошкообразный кремний, а затем расплав и пары кремния химически связывают углеродсодержащие газы и тем самым уменьшают степень карбидизации материалов шликерного покрытия.When heated from 1000 to 1650 ° C, powdered silicon, and then the melt and silicon vapors chemically bind carbon-containing gases and thereby reduce the degree of carbidization of slip coating materials.
В другом из предпочтительных вариантов осуществления способа (при выполнении комбинированного шликерного покрытия на основе нитрида кремния и капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния) нагрев до 1500-1600°C проводят при давлении в реакторе 600-760 мм рт.ст.; а по достижении указанного интервала температур давление в реакторе уменьшают до 1-300 мм рт.ст.In another preferred embodiment of the method (when performing a combined slip coating based on silicon nitride and silicon encapsulated in a silicon nitride shell), heating to 1500-1600 ° C is carried out at a reactor pressure of 600-760 mm Hg; and upon reaching the indicated temperature range, the pressure in the reactor is reduced to 1-300 mm Hg.
В таком случае уменьшается скорость диффузии углеродсодержащих газов и тем самым снижается степень карбидизации силицирующего агента в процессе нагрева до 1500-1600°C. Переход же с давления 600-760 мм рт.ст. на 1-300 мм рт.ст. обеспечивает разрушение нитридкремниевой оболочки на капсулированном кремнии и последующую пропитку шликера из Si3N4 расплавом кремния.In this case, the diffusion rate of carbon-containing gases is reduced, and thereby the degree of carbidization of the siliconizing agent during heating to 1500-1600 ° C is reduced. The transition is from a pressure of 600-760 mm Hg 1-300 mmHg provides the destruction of the silicon nitride shell on encapsulated silicon and subsequent impregnation of the slip of Si 3 N 4 with a silicon melt.
Образующийся в результате пропитки шликерного покрытия из Si3N4 расплавом кремния материал системы Si3N4-Si имеет большую плотность, чем исходный материал. Тем самым уменьшается площадь поверхности контакта углеродсодержащих газов со шликерным покрытием, а значит, снижается степень его карбидизации.The material of the Si 3 N 4 -Si system resulting from the impregnation of a slip coating of Si 3 N 4 with a silicon melt is higher in density than the starting material. Thereby, the contact surface area of carbon-containing gases with a slip coating is reduced, and therefore, its carbidization degree is reduced.
Затем продолжают нагрев заготовки до 1650°C со скоростью не менее 200-250 град/час. При этом нагрев в интервале 1600-1650°C производят при давлении в реакторе не более 300 мм рт.ст. При этом происходит разложение материала системы Si3N4-Si с образованием расплава кремния.Then continue heating the workpiece to 1650 ° C at a speed of at least 200-250 degrees / hour. In this case, heating in the range of 1600-1650 ° C is carried out at a pressure in the reactor of not more than 300 mm Hg. In this case, the decomposition of the material of the Si 3 N 4 -Si system occurs with the formation of a silicon melt.
Осуществление нагрева с 1500 до 1650°С с указанной скоростью позволяет уменьшить время контакта шликерного покрытия с углеродсодержащей средой, а значит, снизить степень его карбидизации.The implementation of heating from 1500 to 1650 ° C with the specified speed allows to reduce the contact time of the slip coating with a carbon-containing medium, and therefore, to reduce the degree of its carbidization.
После этого продолжают нагрев до 1800°С со скоростью не менее 100-200 град/час. При этом происходит стекание и испарение избытка расплава кремния с силицируемой заготовки.After that, heating is continued to 1800 ° C at a speed of at least 100-200 deg / hour. In this case, the excess silicon melt drains and evaporates from the siliconized workpiece.
Затем производят выдержку при 1800-1850°С в течение 2х часов, во время которой завершается процесс карбидизации кремния, зашедшего в поры материала заготовки.Then produce soaking at 1800-1850 ° C for 2 hours, during which the process is terminated silicon carbidization, who came into the pores of the preform material.
После этого производят охлаждение и извлечение заготовки из реактора.After this, cooling and removing the workpiece from the reactor.
Во 20ом варианте предлагаемого способа силицирование проводят по режиму.In the 20 th variant of the proposed method, silicification is carried out according to the regime.
С 1000 до 1300-1400°C нагрев ведут с возможно высокой скоростью, по крайней мере в пределах 200-250 град/час. Затем производят изотермическую выдержку при 1300-1400°C в течение 40-60 минут. Это позволяет произвести прогрев футеровки реактора и тем самым создать условия для обеспечения нагрева крупногабаритных изделий в более высокотемпературном интервале (1400-1700°C), - который чреват карбидизацией шликерного покрытии - с достаточно высокой скоростью.From 1000 to 1300-1400 ° C, heating is carried out at the highest possible speed, at least in the range of 200-250 degrees / hour. Then produce isothermal exposure at 1300-1400 ° C for 40-60 minutes. This allows you to warm up the lining of the reactor and thereby create conditions for heating large-sized products in a higher temperature range (1400-1700 ° C), which is fraught with carbidization of the slip coating at a fairly high speed.
Затем продолжают нагрев до 1700°C со скоростью не менее 300-350 град/час. Это позволяет уменьшить время контакта частиц шликерного покрытия с углеродсодержащими газами. По достижении температуры образования расплава кремния происходит пропитка им пор шликерного покрытия на основе частиц нитрида кремния с образованием более плотного материала системы Si3N4-Si. Тем самым уменьшается площадь контакта шликерного покрытия с углеродсодержащими газами.Then continue heating to 1700 ° C at a speed of at least 300-350 degrees / hour. This allows you to reduce the contact time of the particles of the slip coating with carbon-containing gases. When the temperature of formation of the silicon melt is reached, it is impregnated with a pore of a slip coating based on particles of silicon nitride with the formation of a denser material of the Si 3 N 4 -Si system. Thereby, the contact area of the slip coating with carbon-containing gases is reduced.
По достижении температуры 1650°C происходит разложение материала системы Si3N4-Si с образованием расплава кремния. Расплав кремния, имеющий благодаря низкой степени карбидизации шликерного покрытия низкую вязкость, пропитывает на всю толщину материал заготовки, а его избыток начинает стекать с поверхности заготовки.Upon reaching a temperature of 1650 ° C, the material of the Si 3 N 4 -Si system decomposes to form a silicon melt. Silicon melt, which has a low viscosity due to the low degree of carbidization of the slip coating, impregnates the workpiece material over the entire thickness, and its excess begins to drain from the workpiece surface.
Затем продолжают нагрев с 1700 до 1800°C со скоростью не менее 100-200 град/час. При указанной скорости нагрева, направленной на уменьшение времени контакта избытка расплава кремния с углеродсодержащей атмосферой, исключается его карбидизация, что позволяет полностью стечь ему с поверхности силицируемой заготовки. При этом на поверхности могут остаться отдельные частицы карбида кремния, являющиеся продуктом карбидизации нитрида кремния. Затем производят выдержку при 1800-1850°C и давлении не более 36 мм рт.ст. в течение 1-2х часов, что обеспечивает завершение карбидизации вошедшего в поры материала заготовки кремния, а также частичное испарение с поверхности избытка расплава кремния.Then continue heating from 1700 to 1800 ° C at a speed of at least 100-200 deg / hour. At the indicated heating rate, aimed at reducing the contact time of the excess silicon melt with a carbon-containing atmosphere, its carbidization is excluded, which allows it to completely drain from the surface of the siliconized preform. In this case, individual particles of silicon carbide, which are the product of the carbidization of silicon nitride, may remain on the surface. Then produce exposure at 1800-1850 ° C and a pressure of not more than 36 mm Hg. for 1-2 hours, allowing completion carbidization logged into the pores of the silicon workpiece material, as well as partial evaporation of excess silicon melt surface.
Затем охлаждают заготовку при давлении в реакторе не более 36 мм рт.ст. Это позволяет исключить образование на поверхности заготовки больших наростов в виде застывших капель конденсата паров кремния, чему способствует наличие на поверхности заготовки отдельных частиц карбида кремния, которые служат центрами кристаллизации на них кремния.Then cool the workpiece at a pressure in the reactor of not more than 36 mm Hg. This makes it possible to exclude the formation of large growths on the surface of the workpiece in the form of frozen drops of silicon vapor condensate, which is facilitated by the presence on the surface of the workpiece of individual particles of silicon carbide, which serve as centers of crystallization of silicon on them.
После завершения охлаждения заготовку извлекают из реактора.After cooling is complete, the preform is removed from the reactor.
Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа с режимом нагрева по 1му варианту.The following are examples of a specific implementation of the method with the heating mode according to the 1st variant.
Пример 1.Example 1
Изготавливали из ткани марки УТ-900 и фенолформальдегидного связующего марки БЖ углепластиковую заготовку в виде пластины размером 120×360×5 мм, карбонизовали ее при конечной температуре 850°C с последующей высокотемпературной обработкой (ВТО) при 1800°C. Затем заготовку из прошедшего ВТО карбонизованного углепластика насыщали пироуглеродом вакуумным изотермическим методом.A carbon-plastic preform in the form of a plate 120 × 360 × 5 mm in size was made of UT-900 brand fabric and phenol-formaldehyde binder grade BZ, it was carbonized at a final temperature of 850 ° C followed by high-temperature treatment (WTO) at 1800 ° C. Then, the carbon-fiber-reinforced carbon fiber composite from the past WTO was saturated with pyrocarbon by a vacuum isothermal method.
Получили заготовку из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) с плотностью 1,48 г/см3 и открытой пористостью 9,7%.Received a blank of carbon-carbon composite material (CCCM) with a density of 1.48 g / cm 3 and an open porosity of 9.7%.
На заготовке формировали комбинированное шликерное покрытие на основе композиции из порошков нитрида кремния и капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния с размерами частиц не более 63 мкм и 4%-го водного раствора поливинилового спирта (ПВС).A combined slip coating was formed on the workpiece based on a composition of silicon nitride powders and silicon encapsulated in a silicon nitride shell with particle sizes of not more than 63 μm and a 4% aqueous solution of polyvinyl alcohol (PVA).
При этом внутренние слои шликерного покрытия формировали на основе нитрида кремния, а наружные - на основе капсулированного кремния, масса которых составила соответственно 50 и 15% от массы пластины.In this case, the inner layers of the slip coating were formed on the basis of silicon nitride, and the outer layers were based on encapsulated silicon, the mass of which was 50 and 15%, respectively, of the mass of the plate.
Затем заготовку устанавливали в реактор и нагревали до 1000°C при давлении в реакторе 27 мм рт.ст. со скоростью 150-200 град/час.Then the preform was installed in the reactor and heated to 1000 ° C at a pressure in the reactor of 27 mm Hg. at a speed of 150-200 degrees / hour.
С 1000 до 1500°C нагрев проводили со скоростью 350 град/час при давлении в реакторе 27 мм рт.ст. При этом при ~1500°C нитридкремниевая оболочка на капсулированном кремнии под давлением паров кремния разрушалась и расплав кремния пропитывал шликерное покрытие из нитрида кремния с образованием материала системы Si3N4-Si, имеющего большую плотность, чем шликер из Si3N4.From 1000 to 1500 ° C, heating was carried out at a rate of 350 deg / h at a pressure in the reactor of 27 mm Hg. In this case, at ~ 1500 ° C, the silicon nitride shell on encapsulated silicon was destroyed under the pressure of silicon vapors and the silicon melt was impregnated with a silicon nitride slip coating to form a Si 3 N 4 -Si system material having a higher density than the Si 3 N 4 slip.
После этого продолжали нагрев при давлении в реакторе 27 мм рт.ст. до 1650°C со скоростью не менее 200-250 град/час, а именно 240 град/час и с 1650 до 1800°C со скоростью не менее 100-200, а именно: 180 град/час.After that, heating was continued at a pressure in the reactor of 27 mm Hg. up to 1650 ° C with a speed of at least 200-250 degrees / hour, namely 240 degrees / hour and from 1650 to 1800 ° C with a speed of at least 100-200, namely: 180 degrees / hour.
При этом в интервале 1600-1650°C происходило разложение материала системы Si3N4-Si с образованием ~40%-го расплава кремния от стехиометрического. Расплав кремния пропитывал пористую заготовку, а излишек его стекал и испарялся с поверхности в интервале 1650-1800°C.In the range 1600-1650 ° C, the material of the Si 3 N 4 -Si system decomposed with the formation of a ~ 40% stoichiometric silicon melt. The silicon melt impregnated the porous preform, and its excess drained and evaporated from the surface in the range of 1650-1800 ° C.
Сравнительно высокая скорость нагрева заготовки с момента образования из материала Si3N4-Si расплава кремния до 1800°C позволяла исключить его карбидизацию и обеспечивала тем самым полное стекание его избытка с поверхности силицируемой заготовки.The relatively high heating rate of the preform from the moment of the formation of a silicon melt from Si 3 N 4 -Si material to 1800 ° C allowed its carbidization to be excluded and thereby ensured that its excess drained off from the surface of the siliconized preform.
Затем проводили выдержку в течение 2х часов при 1800-1850°C и охлаждение при давлении в реакторе 27 мм рт.ст. При этом завершался процесс карбидизации вошедшего в поры материала заготовки кремния.Then, exposure was carried out for 2 hours at 1800-1850 ° C and cooling at a reactor pressure of 27 mm Hg At the same time, the process of carbidization of the silicon preform that entered the pores was completed.
В результате получили пластину из УККМ с плотностью 1,73 г/см3, открытой пористостью 6,9% и содержанием в ней кремния ~14,5%. Предел прочности УККМ при растяжении и изгибе составил соответственно 149, и 173 МПа. На поверхности пластины имелся легко счищаемый порошок карбида кремния.The result was a plate made of UKKM with a density of 1.73 g / cm 3 , an open porosity of 6.9% and a silicon content of ~ 14.5%. The tensile and bending strength of UKKM was 149 and 173 MPa, respectively. On the surface of the wafer there was an easily cleanable silicon carbide powder.
Пример 2.Example 2
Аналогично примеру 1 с той лишь существенной разницей, что поверх шликерного покрытия из Si3N4 формировали шликерное покрытие на основе порошка кремния, а нагрев с 1000°C до 1500°C (до температуры немного превышающей температуру плавления кремния), проводили со скоростью 500 град/час.Analogously to example 1, with the only significant difference that over the slip coating of Si 3 N 4 formed a slip coating based on silicon powder, and heating from 1000 ° C to 1500 ° C (to a temperature slightly above the melting temperature of silicon) was carried out at a speed of 500 hail / hour.
При такой высокой скорости нагрева ни шликер на основе Si3N4, ни шликер на основе кремния, ни образовавшийся при плавлении расплав кремния не успевали сколько-нибудь существенно карбидизоваться.At such a high heating rate, neither the slip based on Si 3 N 4 , nor the slip based on silicon, nor the silicon melt formed during melting had time to substantially carbidize.
Поэтому расплав кремния, имеющий сравнительно низкую вязкость, пропитывал шликер на основе нитрида кремния с образованием материала системы Si3N4-Si.Therefore, a silicon melt having a relatively low viscosity impregnated a slip based on silicon nitride to form the material of the Si 3 N 4 -Si system.
В конечном итоге получили УККМ с плотностью 1,76 г/см3, открытой пористостью 6,7% и содержанием кремния ~16,0%. Предел прочности УККМ при растяжении и изгибе пластины составил 154 и 171 МПа соответственно.In the end, they received a UKKM with a density of 1.76 g / cm 3 , an open porosity of 6.7% and a silicon content of ~ 16.0%. The tensile strength and strength of the UKKM tensile and bending plates were 154 and 171 MPa, respectively.
На поверхности пластины имелся слой, легко счищаемый с помощью щетки, порошок карбида кремния.On the surface of the plate there was a layer that was easily brushed off with a brush, silicon carbide powder.
Пример 3.Example 3
Аналогично примеру 1 с той лишь существенной разницей, что в садку наряду с заготовкой устанавливали тигли, заполненные кусочками кремния. Это позволило вести процесс силицирования в парах кремния, которые частично связывали углеродсодержащие газы и тем самым уменьшали степень карбидизации частиц шликерного покрытия.Analogously to example 1 with the only significant difference that crucibles filled with pieces of silicon were installed in the cage along with the workpiece. This made it possible to carry out the siliconization process in silicon vapors, which partially bound carbon-containing gases and thereby reduced the degree of carbidization of slip particles.
В результате получили пластину с тонким ровным слоем покрытия из частиц карбида кремния, провязанных свободным кремнием. Наростов на заготовке не имелось. УККМ пластины имел плотность 1,76 г/см3, открытую пористость 4,9%, содержание в нем кремния составило 16,8%.The result was a plate with a thin even layer of coating of silicon carbide particles knitted with free silicon. There were no growths on the workpiece. UKKM plates had a density of 1.76 g / cm 3 , an open porosity of 4.9%, the silicon content in it was 16.8%.
Остальные примеры, а также выше описанные с 1ым вариантом режима нагрева, но в более кратком изложении, приведены в табл.1, где примеры 1-5, 12-15 соответствуют заявляемым пределам, а примеры 6-11 не соответствуют им.The remaining examples, as well as the above described embodiment 1 th heating mode, but a brief summary is given in Table 1, where examples 1-5, 12-15 correspond to the claimed limits, and examples 6-11 are not in compliance.
Здесь же приведены примеры изготовления деталей из УККМ по способу-прототипу (примеры 16-18).Here are examples of the manufacture of parts from UKKM according to the prototype method (examples 16-18).
На основе анализа таблицы 1 можно констатировать следующее.Based on the analysis of table 1, we can state the following.
Изготовление изделий из УККМ в соответствии с заявляемыми пределами позволяет получить изделия из УККМ с хорошим качеством поверхности и высоким уровнем ФМ свойств.The manufacture of products from UKKM in accordance with the claimed limits allows to obtain products from UKKM with good surface quality and a high level of FM properties.
Отклонение от заявляемых пределов приводит либо к снижению ФМ свойств УККМ, либо к снижению качества поверхности изделий.Deviation from the claimed limits leads to either a decrease in the FM properties of UKKM, or to a decrease in the surface quality of the products.
Так, проведение нагрева с момента образования расплава кремния до 1650°C при давлении в реакторе более 300 мм рт.ст., а именно: 400 и 600 мм рт.ст. приводит к смещению температуры образования расплава кремния при разложении материала системы Si3N4-Si в область более высоких температур (≤1700°С), следствием чего явилось снижение уровня ФМ свойств из-за частичной карбидизации углеродных волокон (см. примеры 6 и 7).So, the heating from the moment of formation of the silicon melt to 1650 ° C at a pressure in the reactor of more than 300 mm Hg, namely: 400 and 600 mm Hg leads to a shift in the temperature of the formation of the silicon melt upon decomposition of the material of the Si 3 N 4 -Si system to a region of higher temperatures (≤1700 ° С), which resulted in a decrease in the level of FM properties due to partial carbidization of carbon fibers (see examples 6 and 7 )
Проведение нагрева с 1000 до 1500°С со скоростью менее 250 град/час привело к образованию наростов на поверхности изделия и снижению степени силицирования (примеры 8, 9).Carrying out heating from 1000 to 1500 ° C at a rate of less than 250 deg / h led to the formation of growths on the surface of the product and a decrease in the degree of silicification (examples 8, 9).
К этому же эффекту, но в меньшей степени, приводит проведение нагрева с температуры образования из порошка кремния или капсулированного кремния расплава кремния до 1650°С со скоростью менее 200 град/час, а именно: 100 град/час (см. примеры 10 и 11).The same effect, but to a lesser degree, is caused by heating from a temperature of formation of a silicon melt from a silicon powder or encapsulated silicon to a temperature of 1650 ° C at a rate of less than 200 deg / h, namely: 100 deg / h (see examples 10 and 11 )
Изготовление изделий по способу-прототипу (когда в качестве материала шликерного покрытия используется порошок кремния) при скорости нагрева с 1000°С до 1500°С 600 град/час, а с 1500°С до 1650°С-400 град/час позволяет получить изделие из УККМ с хорошим качеством поверхности (без наростов) и с высоким уровнем ФМ свойств (пример 16). При меньших, чем указанные выше, скоростях нагрева получают изделия с наростами и низкой степенью силицирования (примеры 17, 18).The manufacture of products according to the prototype method (when silicon powder is used as a slip coating material) at a heating rate from 1000 ° C to 1500 ° C 600 deg / h, and from 1500 ° C to 1650 ° C-400 deg / h from UKKM with good surface quality (without growths) and with a high level of FM properties (example 16). At lower than the above-mentioned heating rates, products with growths and a low degree of silicification are obtained (examples 17, 18).
Как видим, при скоростях нагрева, которые применяются в заявляемом способе, изделия, полученные с использованием способа-прототипа, имеют низкое качество поверхности и недостаточную степень силицирования.As you can see, at the heating speeds that are used in the claimed method, products obtained using the prototype method have a low surface quality and an insufficient degree of silicification.
Размещение в садке тиглей с кусками кремния позволяет повысить чистоту поверхности силицируемой заготовки. К еще более хорошему результату по чистоте поверхности силицируемой заготовки приводит размещение в садке тиглей не только с кусками кремния, но и с порошкообразным кремнием.Placing crucibles with pieces of silicon in the cage allows to increase the surface cleanliness of the siliconized workpiece. Placing crucibles in the cage not only with pieces of silicon, but also with powdered silicon, leads to an even better result on the cleanliness of the surface of the siliconized preform.
Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа с режимом нагрева по 2му варианту.The following are examples of a specific implementation of the method with the heating mode according to the 2nd variant.
Пример 19.Example 19
Подготовку к режиму силицирования проводили аналогично примеру 1 с 1ым вариантом режима (таблица 1). А вот режим проводили иначе, а именно: по 2ому варианту, отличие которого состояло в следующем.Preparation for the silicification regime was carried out analogously to example 1 with the 1st variant of the regime (table 1). But another mode was performed, namely 2 CB embodiment, the difference of which was as follows.
Нагрев с 1000 до 1300-1400°С проводили со скоростью в пределах 200-250 град/час, а именно: 240 град/час. При 1350-1400°С произвели 60 минутную выдержку. Это позволило прогреть футеровку реактора и обеспечить в интервале 1400-1700°С достаточно скоростной нагрев в пределах 300-350 град/час. В конкретном случае нагрев с 1400 до 1700°С проводили при давлении в реакторе 27 мм рт.ст. со скоростью 330 град/час, а с 1700 до 1800°С - со скоростью 160 град/час.Heating from 1000 to 1300-1400 ° C was carried out at a speed in the range of 200-250 degrees / hour, namely: 240 degrees / hour. At 1350-1400 ° C, a 60 minute exposure was performed. This made it possible to warm the lining of the reactor and provide a sufficiently fast heating in the range of 1400–1700 ° C in the range of 300–350 deg / h. In a specific case, heating from 1400 to 1700 ° C was carried out at a pressure in the reactor of 27 mm Hg. at a speed of 330 deg / h, and from 1700 to 1800 ° C - at a speed of 160 deg / h.
Образование материала системы Si3N4-Si и скоростной нагрев в интервале 1400-1700°С позволяла существенно уменьшить карбидизацию силицирующих агентов шликерного покрытия и образующегося из него расплава кремния и обеспечивала тем самым объемную пропитку расплавом кремния материала заготовки и полное стекание с поверхности его избытка.The formation of the material of the Si 3 N 4 -Si system and high-speed heating in the range of 1400-1700 ° C allowed us to significantly reduce the carbidization of the siliconizing agents of the slip coating and the silicon melt formed from it and thus ensured volumetric impregnation of the workpiece material with a silicon melt and its complete draining from the surface .
Завершение режима провели аналогично примеру 19 первого варианта режима. В результате получили пластину из УККМ с плотностью 1,75 г/см3, открытой пористостью 6,2% и содержанием в ней кремния ~15%. Предел прочности УККМ при растяжении и изгибе составил соответственно 141 и 182 МПа. На поверхности пластины имелся легко счищаемый налет порошка карбида кремния.The completion of the regime was carried out analogously to example 19 of the first variant of the regime. The result was a plate made of UKKM with a density of 1.75 g / cm 3 , an open porosity of 6.2% and a silicon content of ~ 15%. The tensile and bending strength of UKKM was 141 and 182 MPa, respectively. On the surface of the plate there was an easily cleanable deposit of silicon carbide powder.
Пример 20.Example 20
Аналогично примеру 19 с той лишь существенной разницей, что в садку наряду с заготовкой установили тигли, заполненные кусочками кремния. Это позволило вести процесс силицирования в парах кремния, которые, в частности, частично связывали углеродсодержащие газы и тем самым уменьшали степень карбидизации шликерного покрытия.Analogously to example 19 with the only significant difference that crucibles filled with pieces of silicon were installed in the cage along with the workpiece. This made it possible to carry out the siliconization process in silicon vapors, which, in particular, partially bound carbon-containing gases and thereby reduced the degree of carbidization of the slip coating.
В результате получили пластину из УККМ практически без наличия на ней частиц порошка карбида кремния. УККМ имел плотность 1,78 г/см3 и открытую пористость 4,8%, а содержание в нем кремния составило 17,3%.The result was a plate made of UKKM with virtually no particles of silicon carbide powder on it. UKKM had a density of 1.78 g / cm 3 and an open porosity of 4.8%, and its silicon content was 17.3%.
Пример 21.Example 21
Аналогично примеру 20 с той лишь существенной разницей, что часть тиглей с кремнием, установленных в садку, заполнили порошком кремния. Это позволило частично связывать углеродсодержащие газы не только парами кремния, но до температуры плавления кремния - еще и порошком кремния, имеющим высокую удельную поверхность. Учитывая наличие во 2ой варианте режима наличие изотермической выдержки при 1300-1400°С, это обстоятельство имеет существенное значение.Analogously to example 20 with the only significant difference that part of the crucibles with silicon installed in the charge, filled with silicon powder. This made it possible to partially bind carbon-containing gases not only to silicon vapors, but to a melting point of silicon - also to silicon powder having a high specific surface. Given the presence in the 2nd variant of the mode, the presence of isothermal exposure at 1300-1400 ° C, this circumstance is significant.
В результате получили пластину из УККМ с еще более высокой чистотой поверхности, чем в примере 20. УККМ пластины имел плотность 1,77 г/см3, открытую пористость 4,8%, а содержание в нем кремния ~17%.The result was a plate made of UKKM with an even higher surface purity than in Example 20. The UKKM plate had a density of 1.77 g / cm 3 , an open porosity of 4.8%, and a silicon content of ~ 17%.
Остальные примеры осуществления предлагаемого способа, а также вышеописанные с режимом нагрева по 2ому варианту, но в более кратком изложении, приведены в таблице 2, где примеры 19-22, 28, 29 соответствуют заявляемым пределам, а примеры 23-27 не соответствуют им.The other examples of the method as well as the above with heating for 2 th embodiment mode, but a brief summary is given in Table 2 where Examples 19-22, 28, 29 correspond to the claimed limits, and Examples 23-27 are not in compliance.
На основе анализа таблицы 2 можно констатировать следующее. Изготовление изделий из УККМ в соответствии с заявляемыми пределами позволяет получить изделия из УККМ с высокой чистотой поверхности и высоким уровнем ФХХ и ФМХ. Особо следует отметить хорошие результаты силицирования крупногабаритной детали (см. пример 28).Based on the analysis of table 2, we can state the following. The manufacture of products from UKKM in accordance with the claimed limits allows to obtain products from UKKM with a high surface finish and a high level of FH and FMH. Particularly noteworthy are the good results of siliconizing a large part (see Example 28).
Отклонение от заявляемых пределов приводит к уменьшению содержания кремния и снижению чистоты поверхности силицируемых деталей или к снижению уровня ФМХ.Deviation from the claimed limits leads to a decrease in the silicon content and a decrease in the surface cleanliness of the siliconized parts or to a decrease in the level of FMX.
Так, проведение нагрева в интервале температур 1600-1700°С при давлении в реакторе 500 мм рт.ст.(т.е. более 300 мм рт.ст.) приводит к смещению температуры образования расплава кремния при разложении материала системы Si3N4-Si в область более высоких температур (≥1700°C), следствием чего являлось снижение уровня ФМХ из-за настичной карбидизации углеродных волокон (пример 23).So, conducting heating in the temperature range 1600-1700 ° C at a pressure in the reactor of 500 mm Hg (i.e., more than 300 mm Hg) leads to a shift in the temperature of formation of the silicon melt during the decomposition of the material of the Si 3 N 4 system -Si in the region of higher temperatures (≥1700 ° C), which resulted in a decrease in the level of FMX due to the surface carbidization of carbon fibers (example 23).
Проведение нагрева с 1000 до 1300-1400°С со скоростью 100 град/час (т.е. менее. 200-250 град/час), а также в интервале 1400-1700°С со скоростью 260 град/час (т.е. менее 300-350 град/час) приводит к образованию наростов на поверхности деталей (примеры 24 и 25).Carrying out heating from 1000 to 1300-1400 ° C at a speed of 100 deg / h (i.e., less than 200-250 deg / h), as well as in the range of 1400-1700 ° C at a speed of 260 deg / h (i.e. less than 300-350 deg / h) leads to the formation of growths on the surface of the parts (examples 24 and 25).
Длительная выдержка при 1300-1400°С (в течение 180 мин вместо 60 мин) приводит к образованию небольшого количества наростов (пример 26).Long exposure at 1300-1400 ° C (for 180 minutes instead of 60 minutes) leads to the formation of a small number of growths (example 26).
Сравнительно низкая скорость нагрева в интервале 1700-1800°С (60 град/час вместо 100-200 град/час) приводит к образованию небольших наплывов со стороны нижнего торца детали (пример 27).A relatively low heating rate in the range of 1700-1800 ° C (60 deg / h instead of 100-200 deg / h) leads to the formation of small sagging from the side of the lower end of the part (example 27).
Claims (4)
или по режиму: с 1000ºС до 1300-1400°С нагрев ведут с возможно высокой скоростью, по крайней мере, в пределах 200-250 град/ч, затем производят изотермическую выдержку в указанном интервале температур в течение 40-60 мин, после чего продолжают нагрев до 1700°С со скоростью не менее 300-350 град/ч и с 1700ºС до 1800°С - со скоростью не менее 100-200 град/ч; при этом в обоих режимах нагрев в интервале температур 1600-1650°С производят при давлении в реакторе не более 300 мм рт.ст., а в интервале температур 1650-1800°С изотермическую выдержку при 1800-1850°С и охлаждение - при давлении в реакторе не более 36 мм рт.ст.1. A method of manufacturing products from carbon-carbide-silicon material, including the manufacture of a workpiece from a porous carbon-graphite material, the formation of a slip coating on it based on a composition of a siliconizing agent and a temporary binder, followed by silicification by heating the workpiece in vacuum or at atmospheric pressure in argon to a temperature of 1800 ° C, holding for 1-2 hours at 1800-1850 ° C and cooling, characterized in that the slip coating is performed combined on the basis of silicon nitride and encapsulated in a silicon nitride shell of silicon or silicon nitride and silicon; the inner layers of the slip coating are formed on the basis of silicon nitride, the outer ones are based on silicon or silicon encapsulated in a silicon nitride shell, and heating to a temperature of 1800 ° C is carried out according to the regime: from 1000 ° C to the temperature of formation of a silicon melt from silicon powder or encapsulated silicon , but not less than not less than 1500 ° С, heating is carried out with the highest possible speed, at least in the range of 350-500 deg / h, then heating is continued to 1650 ° С with a speed of not less than 200-250 deg / h and s 1650 ° С to 1800 ° С with a speed of at least 100-200 gr hell / h;
or according to the mode: from 1000ºС to 1300-1400 ° С, heating is carried out with the highest possible speed, at least within 200-250 deg / h, then isothermal exposure is carried out in the indicated temperature range for 40-60 minutes, after which they continue heating to 1700 ° C at a speed of at least 300-350 deg / h and from 1700 ° C to 1800 ° C - at a speed of at least 100-200 deg / h; in both modes, heating in the temperature range 1600-1650 ° C is carried out at a pressure in the reactor of not more than 300 mm Hg, and in the temperature range 1650-1800 ° C isothermal holding at 1800-1850 ° C and cooling at pressure in the reactor no more than 36 mm Hg
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100882/05A RU2494042C1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Method of making articles from carbon-silicon carbide material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100882/05A RU2494042C1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Method of making articles from carbon-silicon carbide material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012100882A RU2012100882A (en) | 2013-07-20 |
| RU2494042C1 true RU2494042C1 (en) | 2013-09-27 |
Family
ID=48791578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012100882/05A RU2494042C1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Method of making articles from carbon-silicon carbide material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2494042C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561096C1 (en) * | 2014-07-24 | 2015-08-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite (cscc) |
| RU2561101C1 (en) * | 2014-07-24 | 2015-08-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2006493C1 (en) * | 1992-08-14 | 1994-01-30 | Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов | Method of treatment of porous articles |
| RU2186727C2 (en) * | 2000-04-03 | 2002-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Method of manufacture of articles from carbon composite materials |
| RU2194682C2 (en) * | 2001-01-09 | 2002-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Method of manufacturing thin-wall products from silicicated carbon composite |
| US20050051394A1 (en) * | 2002-12-03 | 2005-03-10 | Dai Huang | Manufacture of carbon/carbon composites by hot pressing |
| RU2379268C1 (en) * | 2008-06-11 | 2010-01-20 | Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method for manufacturing of composite material |
-
2012
- 2012-01-11 RU RU2012100882/05A patent/RU2494042C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2006493C1 (en) * | 1992-08-14 | 1994-01-30 | Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов | Method of treatment of porous articles |
| RU2186727C2 (en) * | 2000-04-03 | 2002-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Method of manufacture of articles from carbon composite materials |
| RU2194682C2 (en) * | 2001-01-09 | 2002-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Method of manufacturing thin-wall products from silicicated carbon composite |
| US20050051394A1 (en) * | 2002-12-03 | 2005-03-10 | Dai Huang | Manufacture of carbon/carbon composites by hot pressing |
| RU2379268C1 (en) * | 2008-06-11 | 2010-01-20 | Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method for manufacturing of composite material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТАРАБАНОВ А.С., КОСТИКОВ В.И. Силицированный графит. - М.: Металлургия, 1977, с.166-167. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561096C1 (en) * | 2014-07-24 | 2015-08-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite (cscc) |
| RU2561101C1 (en) * | 2014-07-24 | 2015-08-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012100882A (en) | 2013-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101025710B1 (en) | Method of siliconising thermostructural composite materials and parts thus produced | |
| RU2084425C1 (en) | Method of manufacturing articles from carbon-silicon carbide composite material and carbon-silicon carbide composite material | |
| JP5410288B2 (en) | Manufacturing method of thermostructural composite material parts | |
| US10427984B2 (en) | Systems and methods for ceramic matrix composites | |
| RU2486163C2 (en) | Method of making articles from ceramic-matrix composite material | |
| RU2458890C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| CN109231993B (en) | Self-lubricating phase-containing high-strength carbon fiber reinforced ceramic matrix friction material and preparation method thereof | |
| RU2480433C2 (en) | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2458889C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2494042C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2559245C1 (en) | Method of manufacturing products from ceramic-matrix composite material | |
| CN115557800B (en) | Method for preparing silicon carbide-based composite material by uniformly ceramifying porous carbon | |
| RU2470857C1 (en) | Method of making parts from carbon-carbide-silicon material | |
| RU2569385C1 (en) | Method of making articles from heat-resistant composite materials | |
| RU2460707C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| US11852416B2 (en) | Carbon fiber, carbon composite and furnace purification by hydrogen reduction followed by thermal heat treatment | |
| RU2487850C1 (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 | |
| RU2516096C2 (en) | Method of producing articles from composite materials | |
| RU2570076C1 (en) | Method to manufacture items from composite material with carbon-ceramic matrix | |
| JP2968477B2 (en) | Method for producing non-oxide ceramic fiber reinforced ceramic composite material | |
| RU2561096C1 (en) | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite (cscc) | |
| CN111484349A (en) | Preparation method of carbon-based brake material | |
| RU2539467C2 (en) | Method of producing protective coatings on articles made of carbon-containing materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200112 |