RU2569385C1 - Method of making articles from heat-resistant composite materials - Google Patents
Method of making articles from heat-resistant composite materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569385C1 RU2569385C1 RU2014131837/03A RU2014131837A RU2569385C1 RU 2569385 C1 RU2569385 C1 RU 2569385C1 RU 2014131837/03 A RU2014131837/03 A RU 2014131837/03A RU 2014131837 A RU2014131837 A RU 2014131837A RU 2569385 C1 RU2569385 C1 RU 2569385C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- preform
- polymer
- porophore
- workpiece
- heat
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, а также в условиях высокого механического нагружения и химически агрессивной среды, и может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-металлургических отраслях промышленности, а также в авиатехнике.The invention relates to the field of production of structural materials operating under conditions of high thermal loading and an oxidizing environment, as well as in conditions of high mechanical loading and a chemically aggressive environment, and can be used in the chemical, petrochemical and chemical metallurgical industries, as well as in aircraft.
Известен способ изготовления изделий из термостойких композиционных материалов, включающий формирование из жаростойких волокон каркаса объемной структуры, пропитку его полимерным связующим с последующими операциями термохимической обработки, такими как карбонизация, уплотнение пироуглеродом и/или силицирование [пат. РФ №2084425 кл. C04В 35/52,1997 г.].A known method of manufacturing products from heat-resistant composite materials, including the formation of heat-resistant fibers of the frame structure, impregnation with a polymer binder, followed by thermochemical processing operations, such as carbonization, compaction with pyrocarbon and / or silicification [US Pat. RF №2084425 class C04B 35 / 52.1997].
Недостатком способа является длительный цикл изготовления изделий из-за существенной разницы в размерах пор волокнистого каркаса, которая (разница) при пропитке его полимерным связующим с последующей карбонизацией последнего уменьшается недостаточно, следствием чего является необходимость в длительном уплотнении карбонизованного пластика пироуглеродом и/или в многократной пропитке полимерным связующим.The disadvantage of this method is the long cycle of manufacturing products due to a significant difference in pore size of the fibrous skeleton, which (the difference) when impregnated with a polymer binder followed by carbonization of the latter is not sufficiently reduced, resulting in the need for long-term compaction of carbonized plastic with pyrocarbon and / or multiple impregnation polymer binder.
Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления изделий, включающий формирование из жаростойких волокон каркаса объемной структуры, заполнение его пор и/или заготовки композицией на основе полимера, являющегося прекурсором термостойкой матрицы, и порофора с последующими операциями термохимической обработки, такими как карбонизация, уплотнение пироуглеродом и/или силицирование [пат. US 5.865.922 от 02.02.1999 г.].Closest to the claimed is a method of manufacturing products, including the formation of heat-resistant fibers of the frame structure, filling its pores and / or preform with a composition based on a polymer, which is the precursor of the heat-resistant matrix, and porophore with subsequent thermochemical processing operations, such as carbonization, compaction with pyrocarbon and / or silicification [US Pat. US 5.865.922 dated 02.02.1999].
Способ позволяет уменьшить длительность цикла изготовления изделий благодаря существенному выравниванию размеров пор и увеличению площади поверхности (под осаждение пироуглерода и/или пропитку жидким кремнием) в карбонизованном пластике, что в свою очередь достигается, за счет формирования дополнительной открытой пористости в продукте термолиза полимера.The method allows to reduce the duration of the product manufacturing cycle due to a significant equalization of pore sizes and an increase in surface area (under the deposition of pyrocarbon and / or impregnation with liquid silicon) in carbonized plastic, which in turn is achieved due to the formation of additional open porosity in the polymer thermolysis product.
Недостатком способа является недостаточно равномерное распределение матрицы по толщине материала изделия. С увеличением толщины изделия неравномерность увеличивается. Это отрицательно сказывается на работе изделий, т.к. материал имеет либо недостаточно высокую прочность, либо недостаточно высокую окислительную стойкость. Обусловлено это тем, что при введении порофора в полимер возрастает вязкость композиции, что приводит к неравномерной пропитке ей по толщине каркаса или пористой заготовки.The disadvantage of this method is the insufficiently uniform distribution of the matrix over the thickness of the material of the product. With increasing thickness of the product, the unevenness increases. This negatively affects the operation of the products, as the material has either insufficiently high strength or insufficiently high oxidation resistance. This is due to the fact that when porophore is introduced into the polymer, the viscosity of the composition increases, which leads to uneven impregnation of the composition through the thickness of the carcass or porous preform.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик изделия путем повышения равномерности распределения компонентов матрицы по толщине материала изделия.The objective of the invention is to improve the operational characteristics of the product by increasing the uniformity of the distribution of matrix components across the thickness of the product material.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления изделий из термостойких композиционных материалов, включающем формирование из жаростойких волокон каркаса объемной структуры, заполнение его пор и/или заготовки композицией на основе полимера, являющегося прекурсором термостойкой матрицы, и порофора с последующими операциями термохимической обработки, такими как карбонизация, уплотнение пироуглеродом и/или силицирование, в соответствии с заявляемым техническим решением заполнение пор каркаса и/или заготовки композицией на основе указанного полимера и порофора осуществляют путем пропитки каркаса и/или заготовки нагретым до 100-120°C концентрированным водным раствором порофора, охлаждения до комнатной температуры и сушки при ней до удаления из каркаса и/или заготовки воды с последующей пропиткой их указанным полимером.The problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing products from heat-resistant composite materials, including the formation of heat-resistant fibers of the carcass of the bulk structure, filling its pores and / or preform with a composition based on a polymer, which is a precursor of the heat-resistant matrix, and porophore with subsequent thermochemical processing operations , such as carbonization, compaction with pyrocarbon and / or silicification, in accordance with the claimed technical solution, filling the pores of the frame and / or workpiece comp A solution based on the specified polymer and porophore is carried out by impregnating the framework and / or the workpiece with a concentrated aqueous solution of porophore heated to 100-120 ° C, cooling to room temperature and drying while removing water from the framework and / or the workpiece, followed by impregnation with the specified polymer .
В предпочтительном варианте выполнения способа охлаждение пропитанных композицией каркаса и/или заготовки осуществляют принудительно. Еще в одном из предпочтительных вариантов выполнения способа охлаждение пропитанных композицией каркаса и/или заготовки осуществляют при градиенте температур по их толщине.In a preferred embodiment of the method, cooling of the carcass and / or workpiece impregnated with the composition is carried out forcibly. In another preferred embodiment of the method, the cooling of the frame and / or workpiece impregnated with the composition is carried out at a temperature gradient over their thickness.
Осуществление процедуры заполнения пор каркаса и/или заготовки композицией на основе полимера, являющегося прекурсором термостойкой матрицы, и порофора путем пропитки каркаса и/или заготовки нагретым до 100-120°C водным раствором порофора, охлаждения до комнатной температуры и сушки при ней до удаления из каркаса и/или заготовки воды с последующей пропиткой их указанным полимером, обеспечивает возможность:The procedure for filling the pores of the carcass and / or the workpiece with a composition based on a polymer that is a precursor of the heat-resistant matrix and porophore by impregnating the carcass and / or the workpiece with an aqueous solution of porophore heated to 100-120 ° C, cooling to room temperature and drying before removing it from frame and / or water preparation with subsequent impregnation of the specified polymer, provides the ability to:
- равномерного распределения полимера по толщине заготовки на стадии пропитки им и отверждения;- uniform distribution of the polymer over the thickness of the preform at the stage of impregnation with it and curing;
- формирования мелко- и открытопористой структуры продуктов термолиза (пиролиза) полимера на стадии карбонизации и/или высокотемпературной обработки заготовки;- the formation of a fine and open-porous structure of the products of thermolysis (pyrolysis) of the polymer at the stage of carbonization and / or high-temperature processing of the workpiece;
- равномерного распределения по толщине заготовки пироуглерода и/или карбида кремния + свободного кремния, т.к. оба осаждаются (образуются) в равномерно распределенных по толщине заготовки порах материала субстрата.- uniform distribution over the thickness of the preform of pyrocarbon and / or silicon carbide + free silicon, because both are deposited (formed) in the pores of the substrate material evenly distributed over the thickness of the workpiece.
Обусловлено это следующим:This is due to the following:
Пропитка нагретым до 100-120°C концентрированным водным раствором порофора позволяет, с одной стороны, ввести в поры каркаса и/или заготовки большое количество порофора (пока еще в виде водного раствора), с другой стороны - обеспечить равномерную пропитку им каркаса и/или заготовки (т.к. раствор имеет низкую вязкость).The impregnation of a concentrated aqueous solution of porophore heated to 100-120 ° C allows, on the one hand, to introduce a large amount of porophore into the pores of the carcass and / or preforms (still in the form of an aqueous solution), and on the other hand, to ensure uniform impregnation of the carcass and / or it blanks (because the solution has a low viscosity).
В результате охлаждения (пропитанного концентрированным водным раствором порофора) каркаса и/или заготовки до комнатной температуры возникает пересыщенное состояние порофора, и его большая часть кристаллизуется в порах каркаса и/или заготовки в виде ультрадисперсных частиц.As a result of cooling (impregnated with a concentrated aqueous solution of porophore) of the frame and / or preform to room temperature, a supersaturated state of the porophore occurs, and most of it crystallizes in the pores of the frame and / or preform in the form of ultrafine particles.
Охлаждение заготовки (в предпочтительном варианте выполнения способа) не естественным путем, а принудительно, позволяет в еще большей степени уменьшить размеры частиц порофора, т.к. при этом быстрее достигается пересыщенное состояние порофора и, как следствие, образуется больше центров кристаллизации его частиц.Cooling the workpiece (in the preferred embodiment of the method) not by natural means, but by force, allows to further reduce the size of the porophore particles, because in this case, a supersaturated state of the porophore is achieved more quickly and, as a result, more centers of crystallization of its particles are formed.
Охлаждение заготовки (в предпочтительном варианте выполнения способа) при градиенте температур по ее толщине позволяет наиболее полно и равномерно заполнить поры материала каркаса и/или заготовки. Пропитка раствором с меньшей температурой, чем 100-120°C, приводит к росту размера частиц порофора и уменьшению их количества. Нагрев раствора до температуры более 120°C нецелесообразен, т.к. приводит к необоснованному усложнению технологии, т.к. возникает необходимость предотвращения ухода воды из раствора в виде ее паров.Cooling the preform (in the preferred embodiment of the method) with a temperature gradient over its thickness allows the pores of the carcass material and / or the preform to be filled most fully and evenly. Impregnation with a solution with a lower temperature than 100-120 ° C leads to an increase in the size of the porophore particles and a decrease in their number. Heating the solution to a temperature of more than 120 ° C is impractical because leads to unreasonable complication of the technology, because there is a need to prevent water from leaving the solution in the form of its vapor.
Сушка заготовки при комнатной температуре до удаления воды позволяет кристаллизовать дополнительное количество частиц порофора, а также исключить ее попадание в полимер. Сушка заготовки при температуре выше комнатной приводит к растворению части частиц порофора с последующим их осаждением вновь по мере испарения воды, но уже преимущественно со стороны наружной поверхности заготовки.Drying the preform at room temperature until water is removed allows crystallization of an additional amount of porophore particles, as well as eliminating its ingress into the polymer. Drying the preform at a temperature above room temperature leads to the dissolution of part of the porophore particles, followed by their deposition again as water evaporates, but mainly from the outer surface of the preform.
Таким образом, в результате кристаллизации ультрадисперсных частиц порофора в порах каркаса и/или заготовки последние приобретают тонкопористую и при этом открытопористую структуру.Thus, as a result of crystallization of ultrafine particles of porophore in the pores of the carcass and / or preform, the latter acquire a finely porous and at the same time open-porous structure.
Наличие у пористого субстрата тонкопористой структуры облегчает его пропитку полимером и последующее удержание в порах на стадии формования пластиковой заготовки.The presence of a porous substrate with a finely porous structure facilitates its impregnation with polymer and subsequent retention in pores at the stage of molding a plastic preform.
Последующее проведение операций термохимической обработки (карбонизации, уплотнения пироуглеродом, силицирования) позволяет завершить получение термостойкого композиционного материала с достаточно равномерным по толщине изделия распределением компонентов матрицы, т.к. они формируются в оптимизированном по структуре пористом субстрате.Subsequent thermochemical processing operations (carbonization, compaction with pyrocarbon, silicification) allows one to complete the production of a heat-resistant composite material with a fairly uniform distribution of matrix components over the thickness of the product, since they are formed in a porous substrate optimized in structure.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность повысить равномерность распределения компонентов матрицы по толщине материала изделия.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to increase the uniform distribution of the matrix components across the thickness of the product material.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно повышаются эксплуатационные характеристики изделия.Thanks to the new property, the task is solved, namely, the operational characteristics of the product are increased.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Одним из известных способов из жаростойких волокон формируют каркас объемной структуры.One of the known methods of heat-resistant fibers form a bulk structure framework.
Затем поры указанного каркаса и/или заготовки заполняют композицией на основе полимера, являющегося прекурсором термостойкой матрицы, и порофора. Осуществляют это путем пропитки каркаса и/или заготовки нагретым до 100-120°C концентрированным водным раствором порофора, охлаждения до комнатной температуры и сушки при ней до удаления воды из каркаса и/или заготовки с последующей пропиткой указанным полимером. Благодаря низкой вязкости концентрированного водного раствора порофора пропитка каркаса и/или заготовки происходит на всю их толщину. При охлаждении до комнатной температуры нагретого до 100-120°C концентрированного водного раствора порофора происходит осаждение ультрадисперсных частиц порофора в порах каркаса и/или заготовки. В результате образуется заготовка, имеющая тонкопористую структуру, что облегчает ее пропитку полимером и его удержание в порах.Then the pores of the specified frame and / or preform are filled with a composition based on a polymer, which is the precursor of the heat-resistant matrix, and porophore. This is accomplished by impregnating the framework and / or the preform with a concentrated aqueous solution of porophore heated to 100-120 ° C, cooling to room temperature and drying with it until water is removed from the framework and / or the preform, followed by impregnation with the specified polymer. Due to the low viscosity of the concentrated aqueous porophore solution, the impregnation of the frame and / or preform takes place over their entire thickness. Upon cooling to room temperature of a concentrated aqueous porophore solution heated to 100-120 ° C, ultrafine particles of porophore precipitate in the pores of the frame and / or preform. As a result, a preform is formed having a finely porous structure, which facilitates its impregnation with the polymer and its retention in the pores.
В предпочтительном варианте способа охлаждение пропитанных композицией каркаса и/или заготовки осуществляют принудительно. Еще в одном предпочтительном варианте способа охлаждение пропитанных композицией каркаса и/или заготовки осуществляют при градиенте температур по их толщине.In a preferred embodiment of the method, cooling of the carcass and / or workpiece impregnated with the composition is carried out by force. In another preferred embodiment of the method, the cooling of the carcass and / or preform impregnated with the composition is carried out at a temperature gradient over their thickness.
Затем производят отверждение полимера. После этого производят термохимическую обработку заготовки. В зависимости от того, какой материал требуется получить, термохимическая обработка включает соответствующие операции.The polymer is then cured. After that, thermochemical processing of the workpiece is carried out. Depending on what material is required to be obtained, thermochemical treatment involves appropriate operations.
Так, для получения материала с углеродной матрицей заготовка подвергается карбонизации (с возможной высокотемпературной обработкой при 1300-1800°C) и насыщению пироуглеродом.So, to obtain a material with a carbon matrix, the workpiece is subjected to carbonization (with possible high-temperature processing at 1300-1800 ° C) and saturation with pyrocarbon.
Для получения же материала с углерод-карбидокремниевой матрицей к указанным операциям добавляется операция силицирования или силицирование производится (при создании условий, исключающих деградацию свойств армирующих волокон) сразу же после карбонизации полимерного связующего.To obtain the material with a carbon-carbide-silicon matrix, the operation of siliconization is added to the indicated operations, or the siliconization is carried out (under conditions that exclude the degradation of the properties of the reinforcing fibers) immediately after carbonization of the polymer binder.
Во время карбонизации происходит не только деструкция полимера с образованием кокса или керамического продукта, но и разложение порофора с удалением летучих продуктов.During carbonization, not only the destruction of the polymer with the formation of coke or ceramic product occurs, but also the decomposition of porophore with the removal of volatile products.
В результате удаления из заготовки летучих продуктов разложения полимера и порофора образуется пористый субстрат, представляющий собой армированный волокнами кокс и/или керамический продукт мелкопористой структуры, большинство пор которого являются открытыми.As a result of the removal of volatile decomposition products of the polymer and porophore from the preform, a porous substrate is formed, which is a fiber-reinforced coke and / or ceramic product of a finely porous structure, most of which are open.
Тем самым увеличивается объем пор, которые могут быть заполнены большим количеством пироуглерода и/или карбида кремния (при малом содержании или полном отсутствии в нем свободного кремния), которые являются более прочными, и чем кокс (или пористый керамический продукт) и к тому же более химически стойкими, в том числе в окислительной среде. К тому же полученный при этом композиционный материал благодаря армированию его каркасом объемной структуры обладает повышенной межслоевой прочностью. Как результат, изделия, полученные предлагаемым способом, имеют более высокие эксплуатационные характеристики.This increases the pore volume, which can be filled with a large amount of pyrocarbon and / or silicon carbide (with a low content or complete absence of free silicon in it), which are more durable than coke (or a porous ceramic product) and, moreover, chemically resistant, including in an oxidizing environment. In addition, the composite material obtained with this due to the reinforcement of its bulk structure frame has an increased interlayer strength. As a result, products obtained by the proposed method have higher performance characteristics.
Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа.The following are examples of specific implementation of the method.
Во всех примерах из композиционного материала изготавливали пластины размером 120×150×10 мм.In all examples, plates with a size of 120 × 150 × 10 mm were made from composite material.
Пример 1Example 1
Из углеродной ткани марки УТ-900 и прошивной нити марки УРАЛ-НШ сформировали каркас пластины тканепрошивной структуры (структуры 2,5d), являющейся объемной структурой. Каркас имел толщину 11,8 мм. Затем изготовили концентрированный раствор порофора, а именно карбамида в воде с температурой 110°C, для чего в нагретую до 110°C воду добавили карбамид из расчета 270 г карбамида на 100 мл воды.From the carbon fabric of the UT-900 brand and the piercing thread of the URAL-NS brand, a plate framework of the fabric-piercing structure (structure 2.5d), which is a volumetric structure, was formed. The frame had a thickness of 11.8 mm. Then, a concentrated solution of porophore, namely urea in water with a temperature of 110 ° C, was prepared, for which carbamide was added to the water heated to 110 ° C at the rate of 270 g of urea per 100 ml of water.
Приготовленным раствором, имеющим температуру 110°C, пропитали каркас пластины, для чего его влили в пропиточную ванночку с размещенным в ней каркасом.The prepared solution having a temperature of 110 ° C was impregnated with the frame of the plate, for which it was poured into the impregnation bath with the frame placed in it.
Затем дали каркасу, пропитанному указанным раствором, остыть до комнатной температуры. В результате в объеме каркаса и на его поверхности образовались ультрадисперсные частицы карбамида. После этого каркас сушили при комнатной температуре на воздухе, а затем в вакуумном шкафу до удаления из него воды. Это сопровождалось дополнительным осаждением карбамида как в объеме каркаса, так и на поверхности. Поверхностный слой карбамида удалили слесарным путем.Then let the frame soaked in the specified solution, cool to room temperature. As a result, ultrafine carbamide particles formed in the bulk of the frame and on its surface. After that, the frame was dried at room temperature in air, and then in a vacuum oven until water was removed from it. This was accompanied by additional deposition of urea both in the bulk of the carcass and on the surface. The surface layer of urea was removed by plumbing.
Затем такой каркас пропитали коксообразующим связующим, а именно жидким бакелитом марки БЖ-3, с условной вязкостью 70 сек.Then, such a framework was impregnated with a coke-forming binder, namely, liquid bakelite of the BZh-3 brand, with a conditional viscosity of 70 seconds.
После этого на основе каркаса сформировали пластину размером 120×150×10 мм с выдержкой при температуре 150°C и давлении формования 300 кгс/см2 в течение 25 часов.After that, on the basis of the frame, a plate with a size of 120 × 150 × 10 mm was formed with exposure at a temperature of 150 ° C and a molding pressure of 300 kgf / cm 2 for 25 hours.
Затем полученную заготовку из углепластика карбонизовали в среде азота при атмосферном давлении и конечной температуре 850°C. Полученный при этом карбонизованный углепластик имел кажущуюся плотность 1,12 г/см3 и открытую пористость 34,9%.Then, the resulting carbon fiber preform was carbonized in a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure and a final temperature of 850 ° C. The carbonized carbon fiber thus obtained had an apparent density of 1.12 g / cm 3 and an open porosity of 34.9%.
В результате исследования его пористой структуры установлено, что преобладающий размер его пор находится в интервале 1,6-8,0 мкм.As a result of the study of its porous structure, it was found that the predominant size of its pores is in the range of 1.6-8.0 μm.
В результате микроструктурных исследований карбонизованного углепластика, полученного заявляемым способом, и по способу-прототипу, установлено, что в 1-м наблюдается более равномерное распределение кокса по толщине пластины.As a result of microstructural studies of carbonized carbon fiber obtained by the claimed method, and by the prototype method, it was found that in the 1st there is a more uniform distribution of coke over the plate thickness.
Для получения изделия из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), заготовку из карбонизованного углепластика уплотнили пироуглеродом вакуумным изотермическим методом при ступенчатом подъеме температуры с 940 до 980°C, расходе метана 0,8 м3/ч (проходящем через реактор объемом 0,274 м3) и давлении в реакторе 27 мм рт. ст. Время уплотнения составило 270 часов. В результате получен УУКМ с кажущейся плотностью 1,59 г/см3, открытой пористостью 4,8%. Материал имеет δp 225 МПа, δизг 242 МПа, δсж 140 МПа.To obtain a product from a carbon-carbon composite material (CCCM), a carbonized carbon fiber preform was sealed with pyrocarbon by a vacuum isothermal method with a stepwise temperature increase from 940 to 980 ° C, a methane flow rate of 0.8 m 3 / h (passing through a 0.274 m 3 reactor ) and the pressure in the reactor 27 mm RT. Art. Compaction time was 270 hours. As a result, a CCCM with an apparent density of 1.59 g / cm 3 and an open porosity of 4.8% was obtained. The material has δ p 225 MPa, δ ex 242 MPa, δ compress 140 MPa.
Пример 2Example 2
Изготовили пластину аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в качестве порофора использовали хлористый аммоний, имеющий температуру возгонки 337,6°C (справочник химика, т. 2, с. 800-801).A plate was made analogously to example 1 with the significant difference that ammonium chloride having a sublimation temperature of 337.6 ° C was used as a porophore (chemist's guide, vol. 2, p. 800-801).
Концентрированный раствор хлористого аммония в воде при температуре 100°C готовили из расчета 78,6 г на 100 мл воды.A concentrated solution of ammonium chloride in water at a temperature of 100 ° C was prepared at the rate of 78.6 g per 100 ml of water.
Основные характеристики полученного при этом УУКМ, приведены в таблице.The main characteristics of the obtained CCM are shown in the table.
Пример 3Example 3
Пластину из карбонизованного углепластика изготовили аналогично примеру 1. Отличие от примера 1 состояло в том, что пластину из карбонизованного углепластика уплотнили пироуглеродом лишь частично в течение 180 часов при указанных в примере 1 технологических параметрах. Затем полученную заготовку силицировали с выдержкой при конечной температуре 1750-1800°C в течение 2-х часов. Основные характеристики полученного при этом углерод-карбидокремниевого материала (УККМ) приведены в таблице.The carbonized carbon fiber plate was made analogously to example 1. The difference from example 1 was that the carbonized carbon fiber plate was sealed with pyrocarbon only partially for 180 hours at the technological parameters indicated in example 1. Then, the obtained preform was siliconized with exposure at a final temperature of 1750-1800 ° C for 2 hours. The main characteristics of the obtained carbon-carbide-silicon material (UKKM) are given in the table.
Пример 4Example 4
Каркас тканепрошивной структуры после заполнения его пор карбамидом пропитали керамообразующим полимером, а именно полидиметилкарбосиланом. Затем сформировали углепластиковую заготовку при температуре отверждения полимера 300°C с выдержкой при ней 17 часов. Полученную заготовку термообработали при 1300°C в среде аргона при атмосферном давлении. При этом в порах каркаса образовался продукт термолиза полимера (карбид кремния), имеющий мелкопористую структуру с большим количеством открытых пор. Затем заготовку частично уплотнили пироуглеродом вакуумным изотермическим методом при 930-940°C в течение 96 часов. В результате произошло достаточно равномерное осаждение пироуглерода в порах материала. Затем заготовку пропитали водным раствором карбамида, приготовленным при 100°C, с последующими охлаждением и сушкой при ней до удаления воды. После этого заготовку пропитали коксообразующим связующим, а именно раствором жидкого бакелита в изопропиловом спирте условной вязкостью 30 сек.The frame of the fabric-piercing structure after filling its pores with carbamide was impregnated with a ceramic-forming polymer, namely polydimethylcarbosilane. Then, a carbon-plastic preform was formed at a polymer curing temperature of 300 ° C with a holding time of 17 hours. The resulting preform was heat treated at 1300 ° C in argon at atmospheric pressure. In this case, a polymer thermolysis product (silicon carbide) having a finely porous structure with a large number of open pores was formed in the pores of the framework. Then the preform was partially sealed with pyrocarbon by a vacuum isothermal method at 930-940 ° C for 96 hours. As a result, there was a fairly uniform deposition of pyrocarbon in the pores of the material. Then the preform was impregnated with an aqueous urea solution prepared at 100 ° C, followed by cooling and drying with it until water was removed. After this, the preform was impregnated with a coke-forming binder, namely a solution of liquid bakelite in isopropyl alcohol with a nominal viscosity of 30 seconds.
Затем провели отверждение полимера при 160°C.The polymer was then cured at 160 ° C.
После этого заготовку карбонизовали. При этом опять-таки за счет наличия порофора в порах углепластиковой заготовки в них при карбонизации сформировался кокс тонкопористой структуры с большим количеством открытых пор. Затем заготовку силицировали парожидкофазным методом с выдержкой при 175-1800°C в течение 2-х часов. Благодаря тонкопористой структуре кокса в порах материала заготовки образовался карбид кремния при практически незначительном содержании в них свободного кремния. К тому же это позволило исключить карбидизацию углеродных волокон.After that, the preform was carbonized. In this case, again, due to the presence of porophore in the pores of the carbon-plastic preform, coke of a finely porous structure with a large number of open pores was formed in them during carbonization. Then, the preform was silicified by the vapor-liquid phase method with exposure at 175-1800 ° C for 2 hours. Due to the finely porous structure of coke, silicon carbide is formed in the pores of the workpiece material with an almost insignificant content of free silicon. In addition, this allowed to exclude carbidization of carbon fibers.
Основные свойства полученного УККМ приведены в таблице.The main properties of the obtained UKKM are given in the table.
Пример 5Example 5
Вначале на основе каркаса (такого же, как в примере 1) изготовили пористую заготовку, для чего каркас частично уплотнили пироуглеродом вакуумным изотермическим методом при 960-970°C в течение 70 часов.First, a porous preform was made on the basis of the framework (the same as in Example 1), for which the framework was partially sealed with pyrocarbon by a vacuum isothermal method at 960–970 ° C for 70 hours.
Полученную при этом заготовку пропитали концентрированным водным раствором карбамида, имеющим температуру 100°C. Затем произвели охлаждение заготовки при градиенте температур по ее толщине. Для этого пропиточную емкость с размещенной в ней горизонтально заготовкой (в виде пластины) установили на поверхность льда. После охлаждения заготовки до комнатной температуры и сушки при ней до удаления воды пропитали ее раствором жидкого бакелита в изопропиловом спирте вязкостью 50 сек.The preform thus obtained was impregnated with a concentrated aqueous urea solution having a temperature of 100 ° C. Then the workpiece was cooled at a temperature gradient over its thickness. For this, an impregnation tank with a horizontal blank placed in it (in the form of a plate) was installed on the ice surface. After the workpiece was cooled to room temperature and dried, it was impregnated with a solution of liquid bakelite in isopropyl alcohol with a viscosity of 50 sec before water was removed.
После отверждения полимера произвели карбонизацию заготовки. В результате получили материал заготовки тонкопористой структуры, большая часть которых была открытыми.After curing the polymer, the workpiece was carbonized. As a result, a preform material of a finely porous structure was obtained, most of which was open.
Затем заготовку силицировали парожидкофазным методом с выдержкой при конечной температуре 1700-1750°C в течение 3-х часов.Then, the preform was silicified by the vapor-liquid phase method with exposure at a final temperature of 1700-1750 ° C for 3 hours.
Основные свойства полученного при этом УККМ приведены в таблице.The main properties of the obtained CCM are shown in the table.
Пример 6Example 6
Пластину из КМ изготовили аналогично примеру 5 с тем существенным отличием, что в качестве жаростойких волокон при изготовлении каркаса тканепрошивной структуры использовали карбидокремниевые волокна марки «Никалон».A KM plate was produced analogously to Example 5, with the significant difference that “Nikalon” silicon carbide fibers were used as heat-resistant fibers in the fabrication of the fabric framework.
Основные свойства полученного при этом КМ приведены в таблице.The main properties of the resulting CM are shown in the table.
Вышерассмотренные примеры 1-6 в более кратком изложении, но с указанием основных свойств получаемых заявляемым способом материалов, приведены в таблице. Здесь же приведены примеры 1а-6а изготовления изделий из КМ в соответствии со способом-прототипом. Следует отметить, что указанные изделия изготавливали из тех же каркасов, что и заявляемым способом. Для этого каркас пластины вначале изготавливали размером 120×300 мм, а затем его разрезали по длине пополам. Одну половинку каркаса использовали для изготовления изделий заявляемым способом, а другую половинку - с использованием способа-прототипа.The above examples 1-6 in a shorter summary, but with an indication of the main properties obtained by the claimed method of materials are shown in the table. Here are examples 1A-6A of the manufacture of products from KM in accordance with the prototype method. It should be noted that these products were made from the same frames as the claimed method. For this, the frame of the plate was first manufactured with a size of 120 × 300 mm, and then it was cut in half in length. One half of the frame was used for the manufacture of products by the claimed method, and the other half using the prototype method.
Как видно из таблицы, применение заявляемого способа при изготовлении изделий из композиционных материалов позволяет получить их с более высокими прочностными характеристиками, с меньшей степенью деградации свойств армирующих волокон и с меньшим содержанием свободного кремния в УККМ.As can be seen from the table, the application of the proposed method in the manufacture of products from composite materials allows you to get them with higher strength characteristics, with a lower degree of degradation of the properties of reinforcing fibers and with a lower content of free silicon in UKKM.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131837/03A RU2569385C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method of making articles from heat-resistant composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131837/03A RU2569385C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method of making articles from heat-resistant composite materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2569385C1 true RU2569385C1 (en) | 2015-11-27 |
Family
ID=54753453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014131837/03A RU2569385C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method of making articles from heat-resistant composite materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2569385C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2736194C1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-11-12 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method for sealing articles from carbon-graphite materials |
| RU2753304C2 (en) * | 2016-07-14 | 2021-08-13 | Фосеко Интернэшнл Лимитед | Ceramic products and their production methods |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5865922A (en) * | 1994-06-21 | 1999-02-02 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Producing fiber reinforced composites having dense ceramic matrices |
| RU2179161C1 (en) * | 2000-09-14 | 2002-02-10 | Богачев Евгений Акимович | Method of preparing composite material |
| RU2208000C1 (en) * | 2002-02-13 | 2003-07-10 | Российский научный центр "Курчатовский институт" | Composite manufacture process |
| FR2984884A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-06-28 | Commissariat Energie Atomique | METHOD FOR IMPROVING THE MECHANICAL RESISTANCE OF SIC / SIC CERAMIC MATRIX COMPOSITE MATERIAL |
-
2014
- 2014-07-31 RU RU2014131837/03A patent/RU2569385C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5865922A (en) * | 1994-06-21 | 1999-02-02 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Producing fiber reinforced composites having dense ceramic matrices |
| RU2179161C1 (en) * | 2000-09-14 | 2002-02-10 | Богачев Евгений Акимович | Method of preparing composite material |
| RU2208000C1 (en) * | 2002-02-13 | 2003-07-10 | Российский научный центр "Курчатовский институт" | Composite manufacture process |
| FR2984884A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-06-28 | Commissariat Energie Atomique | METHOD FOR IMPROVING THE MECHANICAL RESISTANCE OF SIC / SIC CERAMIC MATRIX COMPOSITE MATERIAL |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2753304C2 (en) * | 2016-07-14 | 2021-08-13 | Фосеко Интернэшнл Лимитед | Ceramic products and their production methods |
| RU2736194C1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-11-12 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method for sealing articles from carbon-graphite materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11021402B2 (en) | Method of preparing carbon fiber reinforced carbon-silicon carbide composite part | |
| RU2458890C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| JP2004528263A (en) | Method for producing carbon foam induced by process decompression | |
| RU2480433C2 (en) | Method of making airgtight 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 | |
| CN105541364B (en) | A kind of method of step densification production carbon pottery automobile brake disc | |
| RU2531503C1 (en) | Method of manufacturing products from composite material | |
| RU2569385C1 (en) | Method of making articles from heat-resistant composite materials | |
| RU2570075C1 (en) | Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material | |
| RU2458889C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2568673C2 (en) | Production of articles from ceramic-matrix composites | |
| Locs et al. | Optimized vacuum/pressure sol impregnation processing of wood for the synthesis of porous, biomorphic SiC ceramics | |
| RU2573495C1 (en) | Method to manufacture products from ceramic matrix composite material | |
| RU2559245C1 (en) | Method of manufacturing products from ceramic-matrix composite material | |
| US8444893B2 (en) | Forming carbon-carbon composite preforms using molten pitch and carbon fiber filaments | |
| RU2460707C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2570076C1 (en) | Method to manufacture items from composite material with carbon-ceramic matrix | |
| RU2470857C1 (en) | Method of making parts from carbon-carbide-silicon material | |
| RU2568660C1 (en) | Method of making thin-wall articles from composite material with gradient properties on thickness | |
| RU2464250C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2494042C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2579161C1 (en) | Method of making thin-walled articles from composite material with gradient properties on thickness thereof | |
| RU2593508C1 (en) | Method of making thin-walled articles from composite material based on carbon-ceramic matrix with gradient thickness properties | |
| RU2684538C1 (en) | Carbon-ceramic fiber-reinforced composite material and method for its obtaining | |
| RU2641748C2 (en) | Leak-tight product of high-temperature composite material, reinforced with long-length fibers, and method of its manufacture |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200801 |