RU2570075C1 - Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material - Google Patents
Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570075C1 RU2570075C1 RU2014131834/03A RU2014131834A RU2570075C1 RU 2570075 C1 RU2570075 C1 RU 2570075C1 RU 2014131834/03 A RU2014131834/03 A RU 2014131834/03A RU 2014131834 A RU2014131834 A RU 2014131834A RU 2570075 C1 RU2570075 C1 RU 2570075C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- ceramic
- silicon
- coke
- carbon
- 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 химико-металлургической промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред.The invention relates to the field of structural materials operating under conditions of high thermal loading and an oxidizing environment, and can be used in the chemical and metallurgical industry to create products and structural elements exposed to aggressive environments.
Известен способ, включающий изготовление углепластиковой заготовки на основе углеродного волокна и термореактивного связующего, ее термообработку до образования коксовой матрицы, армированной углеродными волокнами, насыщение заготовки пироуглеродом и силицирование. При этом перед силицированием дополнительно проводят термообработку при температуре 1900-2000°C для кристаллизации осажденного пироуглерода и образования в поровых каналов [пат. RU 2084425, кл. С04В 35/52, 1997 г.].A known method, including the manufacture of a carbon fiber preform based on carbon fiber and a thermosetting binder, its heat treatment to form a coke matrix reinforced with carbon fibers, saturation of the preform with pyrocarbon and silicification. Moreover, before silicification, an additional heat treatment is carried out at a temperature of 1900-2000 ° C to crystallize precipitated pyrocarbon and form in the pore channels [US Pat. RU 2084425, class C04B 35/52, 1997].
Недостатком способа является его сложность из-за необходимости применения высокотемпературной обработки (ВТО) при 1900-2000°C, а также недостаточно высокое содержание в УККМ карбида кремния из-за сравнительно низкой открытой пористости УУКМ.The disadvantage of this method is its complexity due to the need for high-temperature treatment (WTO) at 1900-2000 ° C, as well as the insufficiently high content of silicon carbide in UKKM due to the relatively low open porosity of UKKM.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала, включающий изготовление пористой заготовки из углеродсодержащего материала, армированного жаростойкими волокнами и дисперсным углеродным наполнителем, и последующее ее силицирование [пат. России №2337083, кл. С04В 35/83, 2008 г.]. В соответствии с указанным способом из жаростойких волокон формируют каркас двумерной (а не объемной) структуры, а дисперсный наполнитель в виде порошка углерода или смеси порошка карбида кремния и порошка углерода совмещают с жаростойким (в конкретном случае - углеродным) волокном путем добавления его к коксообразующему связующему (в конкретном случае - к фенолформальдегидному), которое перед силицированием пористой заготовки из углеродсодержащего материала подвергают карбонизации.Closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing products from a ceramic composite material, including the manufacture of a porous preform from a carbon-containing material reinforced with heat-resistant fibers and dispersed carbon filler, and its subsequent silicification [US Pat. Russia №2337083, class C04B 35/83, 2008]. In accordance with this method, a two-dimensional (rather than bulk) structure is formed from heat-resistant fibers, and a particulate filler in the form of carbon powder or a mixture of silicon carbide powder and carbon powder is combined with a heat-resistant (in a specific case, carbon) fiber by adding it to a coke-forming binder (in the particular case, to phenol-formaldehyde), which is subjected to carbonization before siliconizing a porous preform from a carbon-containing material.
Дополнительное армирование пористой заготовки дисперсным наполнителем позволяет:Additional reinforcement of the porous preform with dispersed filler allows you to:
а) ограничить количество входящего в каждую пору материала расплава кремния и тем самым существенно ограничить доступ его к углеродным волокнам. В противном случае происходит катастрофическое снижение прочностных характеристик получаемого материала из-за физико-химического взаимодействия жаростойких волокон с расплавом кремния, а именно: углеродные волокна карбидизуются, а волокна из SiC частично растворяются в расплаве кремния;a) to limit the amount of silicon melt entering each pore material and thereby significantly limit its access to carbon fibers. Otherwise, there is a catastrophic decrease in the strength characteristics of the obtained material due to the physicochemical interaction of heat-resistant fibers with a silicon melt, namely: carbon fibers are carbidized, and SiC fibers partially dissolve in the silicon melt;
б) получить УККМ с достаточно высоким содержанием карбида кремния при сравнительно низком содержании свободного кремния.b) to obtain UKKM with a sufficiently high content of silicon carbide with a relatively low content of free silicon.
Недостатком способа, взятого за прототип, является тем не менее недостаточно высокая прочность получаемого материала, что обусловлено недостаточной эффективностью защиты жаростойких волокон коксоуглеродной матрицей, из-за чего происходит физико-химическое взаимодействие между волокнами и кремнием. Кроме того, способ не обеспечивает возможность получения композиционного материала (КМ), с большим количеством керамической матрицы, т.к. из-за наличия в коксе фенолформальдегидного связующего большого количества закрытых пор часть кокса остается некарбидизованной. Известно [Тарабанов А.С. Силицированный графит. М.: Металлургия, 1977 с. 160], что при силицировании жидкофазным методом пористой углеродсодержащей заготовки, имеющей в своем составе чрезвычайно активный к кремнию кокс, невозможна качественная пропитка заготовки на всю толщину, т.к. в процессе силицирования активный кокс быстро образует SiC и экранирует внутренние объемы материала от проникновения в них жидкого кремния. В результате материал силицируется только с поверхности, что ограничивает содержание в нем карбида кремния. По этой причине такой КМ имеет недостаточно высокую окислительную стойкость.The disadvantage of the method taken as a prototype, however, is the insufficiently high strength of the obtained material, which is due to the insufficient effectiveness of protecting heat-resistant fibers with a carbon-carbon matrix, due to which physicochemical interaction between the fibers and silicon occurs. In addition, the method does not provide the possibility of obtaining a composite material (KM), with a large amount of ceramic matrix, because due to the presence of a large number of closed pores in the coke of phenol-formaldehyde binder, part of the coke remains uncarbidized. It is known [Tarabanov A.S. Siliconized graphite. M .: Metallurgy, 1977 p. 160], that when siliconizing by a liquid-phase method a porous carbon-containing preform, which has extremely active coke active in silicon, high-quality impregnation of the preform to the entire thickness is impossible, because during silicification, active coke rapidly forms SiC and shields the internal volumes of the material from the penetration of liquid silicon. As a result, the material is siliconized only from the surface, which limits the content of silicon carbide in it. For this reason, such a CM has insufficient oxidation resistance.
Все это приводит к недостаточной надежности работы изделий из такого материала в условиях теплового нагружения в окислительной среде.All this leads to insufficient reliability of the work of products made of such a material under thermal loading in an oxidizing environment.
Задачей изобретения является повышение надежности работы изделий в условиях теплового нагружения в окислительной среде.The objective of the invention is to increase the reliability of products under thermal loading in an oxidizing environment.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала, включающем изготовление пористой заготовки из углеродсодержащего материала, армированного жаростойкими волокнами и дисперсным углеродным наполнителем, и последующее ее силицирование, в соответствии с заявляемым техническим решением из жаростойких волокон формируют каркас объемной структуры, а заполнение его пор дисперсным углеродным наполнителем с одновременным формированием керамической и/или углеродной матрицы осуществляют путем кристаллизации частиц сахара из пересыщенного при комнатной температуре водного раствора с последующими операциями сушки при комнатной температуре до удаления воды из пор заготовки, пропитки заготовки растворами керамо- и/или коксообразующих полимеров, растворитель которых не является растворителем сахара, отверждения полимера при 160-300°C и термообработки при 850-1300°C.The problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing products from a ceramic composite material, including the manufacture of a porous preform from a carbon-containing material reinforced with heat-resistant fibers and dispersed carbon filler, and its subsequent silicification, in accordance with the claimed technical solution from heat-resistant fibers, form a bulk frame structure, and filling its pores with a dispersed carbon filler with the simultaneous formation of ceramic and / or carbon matrices are carried out by crystallizing sugar particles from an aqueous solution supersaturated at room temperature with subsequent drying operations at room temperature until water is removed from the pores of the preform, impregnating the preform with solutions of ceramo and / or coke-forming polymers, the solvent of which is not a sugar solvent, curing the polymer at 160 300 ° C and heat treatment at 850-1300 ° C.
В предпочтительном варианте выполнения способа при формировании каркаса из жаростойких волокон используют жаростойкие волокна с газофазным покрытием из группы: пироуглерод, пирокарбид кремния, пиронитрид кремния, пиронитрид бора или газофазное покрытие осаждают на волокнах в составе сформированного каркаса.In a preferred embodiment of the method, when forming a skeleton of heat-resistant fibers, heat-resistant fibers with a gas-phase coating from the group are used: pyrocarbon, silicon pyrocarbide, silicon pyronitride, boron pyronitride or gas-phase coating are deposited on the fibers of the formed skeleton.
Еще в одном из предпочтительных вариантов выполнения способа пропитку заготовки растворами керамо- и/или коксообразующих полимеров с последующей термообработкой при 850-1300°C повторяют до 2-х раз.In another preferred embodiment of the method, the preform is impregnated with solutions of ceramic and / or coke-forming polymers, followed by heat treatment at 850-1300 ° C, repeated up to 2 times.
Еще в одном из предпочтительных вариантов выполнения способа повторную пропитку заготовки раствором керамо- и/или коксообразующего полимера проводят после его отверждения при температуре 200-300°C.In another preferred embodiment of the method, re-impregnation of the preform with a solution of ceramo and / or coke-forming polymer is carried out after curing it at a temperature of 200-300 ° C.
Еще по одному из предпочтительных вариантов выполнения способа силицирование заготовки осуществляют паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки и охлаждения в парах кремния.In another preferred embodiment of the method, the billet is silicified by the vapor-liquid-phase method by heating, holding and cooling in silicon vapors.
При формировании из жаростойких волокон каркаса объемной структуры создаются условия для повышения межслоевой прочности композиционного материала, которые реализуются на практике при наличии совокупности данного признака с ниже рассмотренными признаками.When a bulk structure is formed from heat-resistant fibers of the framework, conditions are created to increase the interlayer strength of the composite material, which are implemented in practice if there is a combination of this feature with the features discussed below.
Осуществление заполнения пор волокнистого каркаса дисперсным углеродным наполнителем с одновременным формированием керамической и/или углеродной матрицы путем кристаллизации частиц сахара из пересыщенного при комнатной температуре водного раствора с последующими операциями сушки при комнатной температуре до удаления воды из пор материала заготовки, пропитки заготовки растворами керамо- и/или коксообразующих полимеров, растворитель которых не является растворителем сахара, отверждения полимера при 160-300°С и термообработки при 850-1300°C, позволяет достаточно равномерно заполнить поры волокнистого каркаса объемной структуры мелкодисперсным углеродным наполнителем и тут же закрепить его в каркасе керамической и/или углеродной матрицей. Такая возможность возникает за счет следующего:Carrying out the filling of the pores of the fibrous skeleton with a dispersed carbon filler with the simultaneous formation of a ceramic and / or carbon matrix by crystallization of sugar particles from an aqueous solution saturated at room temperature with subsequent drying operations at room temperature until water is removed from the pores of the workpiece material, the workpiece is impregnated with ceramic and / or coke-forming polymers, the solvent of which is not a solvent of sugar, curing the polymer at 160-300 ° C and heat treatment at 850-130 0 ° C, allows you to fairly evenly fill the pores of the fibrous skeleton of the bulk structure with a finely divided carbon filler and immediately fix it in the skeleton with a ceramic and / or carbon matrix. This possibility arises due to the following:
1. при кристаллизации сахара из пересыщенного раствора образуются мелкодисперсные частицы сахара;1. during crystallization of sugar from a supersaturated solution, fine particles of sugar are formed;
2. пропитка полученной заготовки керамо- и/или коксообразующим полимером с последующим отверждением полимера при 160-300°C позволяет капсулировать частицы сахара отвержденным полимером. Если этого не делать, то частицы сахара потеряют форму, превратившись в некую массу, т.к. сахар относится к термопластичным полимерам. Следует отметить, что отверждение полимера при температуре более 187°C сопровождается разложением сахара с образованием из него полукокса, в результате чего формируется открытая пористость материала заготовки;2. impregnation of the obtained preform with a ceramo and / or coke-forming polymer with subsequent curing of the polymer at 160-300 ° C allows the sugar particles to be encapsulated with a cured polymer. If this is not done, then the sugar particles will lose shape, turning into a kind of mass, because sugar refers to thermoplastic polymers. It should be noted that the curing of the polymer at a temperature of more than 187 ° C is accompanied by the decomposition of sugar with the formation of semi-coke from it, resulting in the formation of open porosity of the workpiece material;
3. в результате термообработки заготовки при 850-1300°C завершается процесс образования кокса или керамики из коксо- и керамообразующего полимера, а частицы сахара окончательно превращаются в дисперсные углеродные частицы. При этом возрастает пористость материала заготовки, в том числе открытая. В свою очередь благодаря равномерному заполнению волокнистого каркаса дисперсным углеродным наполнителем и частичному формированию в нем керамической и/или углеродной матрицы существенно уменьшаются размеры пор заготовки перед проведением операции ее силицирования.3. as a result of heat treatment of the billet at 850-1300 ° C, the process of coke or ceramic formation from coke and ceramic-forming polymer is completed, and sugar particles are finally transformed into dispersed carbon particles. This increases the porosity of the workpiece material, including open. In turn, due to the uniform filling of the fibrous skeleton with a dispersed carbon filler and the partial formation of a ceramic and / or carbon matrix in it, the pore sizes of the workpiece are significantly reduced before the siliconizing operation.
Как следствие, в каждую отдельную пору (как литниковый канал) входит ограниченное количество кремния, достаточное лишь для взаимодействия с дисперсным углеродным наполнителем.As a result, in each individual pore (as a sprue channel) a limited amount of silicon is included, sufficient only for interaction with a dispersed carbon filler.
Тем самым существенно уменьшается вероятность деградации свойств армирующего наполнителя под воздействием кремния.This significantly reduces the likelihood of degradation of the properties of the reinforcing filler under the influence of silicon.
В еще большей степени такая вероятность снижается при использовании на стадии формирования каркаса жаростойких волокон с газофазным покрытием из группы: пироуглерод, пирокарбид кремния, пиронитрид кремния, пиронитрид бора, или осаждении указанного покрытия на волокнах в составе сформированного каркаса (предпочтительный вариант выполнения способа). Обусловлено это защитными свойствами указанных покрытий.To a greater degree, this probability is reduced when using heat-resistant fibers with a gas-phase coating from the group of pyrocarbon, silicon pyrocarbide, silicon pyronitride, boron pyronitride or at the deposition of the said coating on the fibers in the formed carcass (the preferred embodiment of the method). This is due to the protective properties of these coatings.
Двукратное повторение (в предпочтительном варианте выполнения способа) пропитки заготовки растворами керамо- и/или коксообразующих полимеров с последующей термообработкой при 850-1300°C позволяет в еще большей степени уменьшить размеры пор материала перед процессом силицирования и тем самым в еще большей степени ограничить доступ кремния к армирующим волокнам.Double repetition (in a preferred embodiment of the method) of impregnation of the preform with solutions of ceramo and / or coke-forming polymers followed by heat treatment at 850-1300 ° C makes it possible to further reduce the pore size of the material before the siliconization process and thereby limit silicon access even more to reinforcing fibers.
Осуществление повторной пропитки заготовки (в предпочтительном варианте выполнения способа) раствором керамо- и/или коксообразующего полимера после его отверждения при температуре 200-300°C (а не после термообработки при 850-1300°C) позволяет, хотя и в меньшей степени, но уменьшить размеры пор материала заготовки перед ее силицированием; кроме того, это позволяет уменьшить длительность цикла изготовления изделия.The re-impregnation of the preform (in the preferred embodiment of the method) with a solution of ceramo and / or coke-forming polymer after it is cured at a temperature of 200-300 ° C (and not after heat treatment at 850-1300 ° C) allows, although to a lesser extent, but reduce the pore size of the workpiece material before siliconizing it; in addition, it allows to reduce the duration of the product manufacturing cycle.
Силицирование полученной заготовки позволяет перевести большую часть имеющегося в заготовке углерода в карбид кремния, а остальной объем пор заполнить свободным кремнием.Siliconization of the obtained preform allows you to transfer most of the carbon available in the preform to silicon carbide, and fill the remaining pore volume with free silicon.
Осуществление (в предпочтительном варианте выполнения способа) силицирования заготовки паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки и охлаждения в парах кремния позволяет (за счет введения кремния в сколь угодно мелкие поры) еще большую часть кремния перевести в карбид кремния. Вопрос выбора метода силицирования особенно актуален для заготовок, которые перед силицированием подвергались пропитке коксообразующим связующим. Применение в таком случае паро-жидкофазного силицирования позволяет исключить блокирование устьев транспортных пор карбидом кремния и обеспечить тем самым перевод большей части углерода в карбид кремния за счет объемного характера силицирования. Происходит это благодаря порционному заполнению пор конденсатом паров кремния.The implementation (in a preferred embodiment of the method) of siliconizing the preform by the vapor-liquid-phase method by heating, holding and cooling in silicon vapors allows (due to the introduction of silicon into arbitrarily small pores) to transfer even more silicon to silicon carbide. The question of choosing a method of silicification is especially relevant for preforms that have been impregnated with a coke-forming binder before silicification. The use of vapor-liquid phase silicification in this case eliminates the blocking of the mouths of the transport pores with silicon carbide and thereby ensures the transfer of most of the carbon to silicon carbide due to the volume character of siliconization. This is due to the portioned filling of pores with a silicon vapor condensate.
Применение в таком случае жидкофазного метода силицирования приводит (из-за высокой химической активности к кремнию кокса и единовременному заполнению поверхностных пор расплавом кремния) к преждевременному перекрытию устьев транспортных пор и, как следствие, к неполной карбидизации углеродной матрицы.The application of the liquid-phase method of siliconization in this case (due to the high chemical activity to coke silicon and simultaneous filling of the surface pores with a molten silicon) leads to premature blocking of the mouths of the transport pores and, as a result, to incomplete carbidization of the carbon matrix.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность равномерно заполнить и закрепить матричным материалом в волокнистом каркасе объемной структуры дисперсный углеродный наполнитель и тем самым существенно уменьшить размеры пор материала заготовки перед ее силицированием, сохранив при этом ее достаточно высокую открытую пористость, что позволяет после силицирования заготовки получить керамоматричный композиционный материал с высокими эксплуатационными характеристиками в условиях теплового нагружения в окислительной среде, такими как высокие прочностные характеристики и достаточно высокое содержание в нем керамической матрицы.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to uniformly fill and fix the dispersed carbon filler in the fibrous skeleton of the bulk structure and thereby substantially reduce the pore size of the workpiece material before siliconizing it, while maintaining its sufficiently high open porosity, which allows, after silicification of the workpiece, to obtain a ceramic composite material with high performance characteristics under Barrier-thermal load in an oxidizing environment, such as high strength and a sufficiently high content of the ceramic matrix.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: повышается надежность работы изделий в условиях теплового нагружения в окислительной среде.Thanks to the new property, the task is solved, namely: the reliability of the products is improved under thermal loading in an oxidizing environment.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Одним из известных способов из жаростойких волокон формируют каркас объемной структуры. В предпочтительном варианте выполнения способа при формировании каркаса из жаростойких волокон используют жаростойкие волокна с газофазным покрытием из группы пироуглерод, пирокарбид кремния, пиронитрид бора или газофазное покрытие осаждают на волокнах в составе сформированного каркаса.One of the known methods of heat-resistant fibers form a bulk structure framework. In a preferred embodiment of the method, when forming a skeleton of heat-resistant fibers, heat-resistant fibers with a gas-phase coating from the pyrocarbon group, silicon pyrocarbide, boron pyronitride or a gas-phase coating are deposited on the fibers of the formed skeleton.
Затем производят заполнение пор каркаса дисперсным углеродным наполнителем с одновременным формированием керамической и/или углеродной матрицы.Then, the pores of the frame are filled with a dispersed carbon filler with the simultaneous formation of a ceramic and / or carbon matrix.
Осуществляют это следующим образом.Carry out this as follows.
В порах каркаса осуществляют кристаллизацию частиц сахара из пересыщенного при комнатной температуре водного раствора. После этого каркас сушат при комнатной температуре до удаления воды из пор материала заготовки. Затем заготовку пропитывают раствором керамо- и/или коксообразующего полимера, растворитель которых не является растворителем сахара. После этого производят отверждение полимера в заготовке при температуре 160-300°C. Затем заготовку термообрабатывают при 850-1300°C.In the pores of the framework crystallize sugar particles from a saturated aqueous solution at room temperature. After this, the frame is dried at room temperature until water is removed from the pores of the workpiece material. Then the preform is impregnated with a solution of ceramo and / or coke-forming polymer, the solvent of which is not a solvent of sugar. After this, the polymer is cured in the workpiece at a temperature of 160-300 ° C. Then the workpiece is heat treated at 850-1300 ° C.
В предпочтительном варианте выполнения способа пропитку заготовки керамо- и/или коксообразующим полимером с последующей термообработкой при 850-1300°C повторяют до 2-х раз.In a preferred embodiment of the method, the impregnation of the preform with a ceramo and / or coke-forming polymer, followed by heat treatment at 850-1300 ° C, is repeated up to 2 times.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения способа повторную пропитку заготовки раствором керамо- и/или коксообразующего полимера проводят после его отверждения при температуре 200-300°C.In another preferred embodiment of the method, re-impregnation of the preform with a solution of ceramo and / or coke-forming polymer is carried out after curing it at a temperature of 200-300 ° C.
Затем термообработанную при 850-1300°С заготовку подвергают силицированию.Then heat-treated at 850-1300 ° C. The workpiece is subjected to silicification.
В предпочтительном варианте выполнения способа силицирование заготовки осуществляют паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки и охлаждения в парах кремния.In a preferred embodiment of the method, the siliconization of the preform is carried out by the vapor-liquid phase method by heating, holding and cooling in silicon vapors.
Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа.The following are examples of specific implementation of the method.
Пример 1Example 1
Изготавливали изделия в виде пластин размерами 120×150×4 мм.Products were made in the form of plates with dimensions of 120 × 150 × 4 mm.
На основе углеродной ткани марки УТ-900 и углеродной прошивной нити марки УРАЛ-Н сформировали каркас пластины тканепрошивной структуры. Данная структура относится к структуре 2,5 d и является объемной. Затем приготовили горячий сахарный сироп, растворив в 100 мл воды 480 г сахара. Пропитали им каркас, расположенный в пропиточной ванночке. При охлаждении сахарного сиропа происходила кристаллизация частиц сахара, т.к. раствор сахара при охлаждении становился пересыщенным. Затем каркас извлекали из пропиточной ванночки и сушили на воздухе до удаления воды. Для убыстрения этого процесса сушку каркаса производили в вакуумном шкафу при комнатной температуре.Based on the carbon fabric of the UT-900 brand and the carbon stitching thread of the URAL-N brand, a plate frame of the fabric-piercing structure was formed. This structure refers to a structure of 2.5 d and is voluminous. Then hot sugar syrup was prepared by dissolving 480 g of sugar in 100 ml of water. They impregnated the frame located in the impregnation bath. When the sugar syrup was cooled, crystallization of sugar particles occurred, because a solution of sugar upon cooling became supersaturated. Then the frame was removed from the impregnation bath and dried in air until water was removed. To speed up this process, the frame was dried in a vacuum oven at room temperature.
Сушка сопровождалась дополнительным осаждением частиц сахара в порах материала каркаса.Drying was accompanied by additional precipitation of sugar particles in the pores of the carcass material.
Затем полученную заготовку (каркас с осажденными в его порах частицами сахара) пропитали раствором коксообразующего полимера, а именно раствором жидкого бакелита в изопропиловом спирте вязкостью ~45 сек.Then, the obtained preform (a frame with sugar particles deposited in its pores) was impregnated with a solution of coke-forming polymer, namely, a solution of liquid bakelite in isopropyl alcohol with a viscosity of ~ 45 sec.
После этого подсушили заготовку на воздухе в течение 2-х суток при температуре цеха. Затем произвели формование пластиковой заготовки при 160°C в течение 17 часов под давлением (прикладываемым к заготовке) 12 кгс/см2. При этом для исключения упрессовки заготовки по толщине между цулагами устанавливали ограничительные пластинки. Таким образом, заготовка практически не упрессовывалась по толщине, но ее поверхности становились ровными. После этого произвели карбонизацию заготовки.After that, the workpiece was dried in air for 2 days at the temperature of the workshop. Then, the plastic preform was molded at 160 ° C for 17 hours under pressure (applied to the preform) of 12 kgf / cm 2 . At the same time, to prevent pressing the workpiece in thickness, restrictive plates were installed between the tsulags. Thus, the workpiece was practically not pressed in thickness, but its surfaces became smooth. After this, carbonization of the preform was performed.
Затем провели пропитку заготовки раствором полиметилкарбосилана в толуоле с вязкостью 30 сек. Отверждение полимера произвели при температуре 250°C в течение 20 часов. Затем провели термообработку заготовки в среде аргона при 1300°C. Затем полученную заготовку силицировали жидкофазным методом при конечной температуре карбидизации кремния 1800°C.Then, the preform was impregnated with a solution of polymethylcarbosilane in toluene with a viscosity of 30 sec. The curing of the polymer was carried out at a temperature of 250 ° C for 20 hours. Then, the billet was heat treated in argon at 1300 ° C. Then, the obtained preform was siliconized by the liquid-phase method at a final silicon carbidization temperature of 1800 ° C.
Основные свойства материала приведены в таблице.The main properties of the material are given in the table.
Пример 2Example 2
Пластину размером 120×150×4 мм изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что каркас пропитали раствором поликарбосилана в толуоле вязкостью 45 сек (а не коксообразующим связующим), при пропитке же заготовки из прошедшего термообработку при 1300°C пластика вместо керамообразующего связующего использовали коксообразующее связующее, а именно фурфуриловый спирт, при поликонденсации которого образуется фурфуриловое связующее, термообработку провели при 850°С, а силицирование осуществили паро-жидкофазным методом.A plate with a size of 120 × 150 × 4 mm was made analogously to example 1 with the significant difference that the frame was impregnated with a solution of polycarbosilane in toluene with a viscosity of 45 sec (and not a coke-forming binder), while the preform was impregnated from a heat-treated plastic at 1300 ° C instead of a ceramic-forming binder coke-forming binder, namely furfuryl alcohol, during the polycondensation of which a furfuryl binder is formed, heat treatment was carried out at 850 ° C, and silicification was carried out by the vapor-liquid phase method.
Основные свойства материала приведены в таблице.The main properties of the material are given in the table.
Пример 3Example 3
Пластину размером 120×150×4 мм изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что после сшивки керамообразующего (в конкретном случае полиметилкарбосиланового) полимера при 250°C провели пропитку заготовки фурфуриловым спиртом с последующим его отверждением при 160°C и только после этого провели термообработку заготовки в среде аргона при 1300°C; при этом силицирование заготовки осуществили паро-жидкофазным методом при конечной температуре 1800°C.A plate with a size of 120 × 150 × 4 mm was made analogously to example 1 with the significant difference that after crosslinking the ceramic-forming (in particular polymethylcarbosilane) polymer at 250 ° C, the preform was impregnated with furfuryl alcohol followed by its curing at 160 ° C and only then heat treatment of the workpiece in argon at 1300 ° C; while the siliconization of the workpiece was carried out by the vapor-liquid-phase method at a final temperature of 1800 ° C.
Основные свойства материала приведены в таблице.The main properties of the material are given in the table.
Пример 4Example 4
Пластину размером 120×150×4 мм изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что операции пропитки заготовки полиметилкарбосилановым связующим, сшивки полимера при 250°C и термообработки при 1300°C повторили 2 раза. При этом повторную пропитку заготовки после термообработки при 1300°C проводили раствором полиметилкарбосилана в толуоле вязкостью 35 сек.A plate with a size of 120 × 150 × 4 mm was made analogously to example 1 with the significant difference that the operations of impregnating a preform with a polymethylcarbosilane binder, crosslinking the polymer at 250 ° C and heat treatment at 1300 ° C were repeated 2 times. In this case, re-impregnation of the preform after heat treatment at 1300 ° C was carried out with a solution of polymethylcarbosilane in toluene with a viscosity of 35 sec.
Основные свойства материала приведены в таблице.The main properties of the material are given in the table.
Пример 5Example 5
Пластину размером 120×150×4 мм изготавливали аналогично примеру 2 с тем существенным отличием, что после сшивки поликарбосиланового связующего при 250°C перед проведением высокотемпературной обработки при 1300°C произвели повторную пропитку раствором полиметилкарбосилана в толуоле вязкостью 25 сек.A plate with a size of 120 × 150 × 4 mm was made analogously to example 2 with the significant difference that after crosslinking the polycarbosilane binder at 250 ° C before the high-temperature treatment at 1300 ° C, re-impregnation with a solution of polymethylcarbosilane in toluene with a viscosity of 25 sec was performed.
Основные свойства материала приведены в таблице.The main properties of the material are given in the table.
Пример 6Example 6
Пластину размером 120×150×4 мм изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в качестве жаростойких волокон использовали карбидокремниевые волокна марки «Никалон».A plate with a size of 120 × 150 × 4 mm was made analogously to Example 1 with the significant difference that “Nikalon” silicon carbide fibers were used as heat-resistant fibers.
Основные свойства материала приведены в таблице.The main properties of the material are given in the table.
Пример 7Example 7
Пластину размером 120×150×4 мм изготавливали аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что для формирования каркаса использовали ткань ТМП-4 с пироуглеродным покрытием.A plate with a size of 120 × 150 × 4 mm was made analogously to example 1 with the significant difference that a TMP-4 fabric with a pyrocarbon coating was used to form the frame.
Еще один пример конкретного выполнения способа (пример 8), а также вышерассмотренные, но в более кратком изложении, приведены в таблице. Здесь же приведены примеры 9-11 изготовления пластины размером 120×150×4 мм в соответствии со способом-прототипом.Another example of a specific implementation of the method (example 8), as well as the above, but in a shorter summary, are given in the table. Here are examples 9-11 manufacturing a plate with a size of 120 × 150 × 4 mm in accordance with the prototype method.
На основе анализа таблицы можно сделать следующий вывод.Based on the analysis of the table, the following conclusion can be made.
Изготовление изделий в соответствии с заявляемым способом (примеры 1-8) позволяет в сравнении со способом-прототипом повысить эксплуатационные характеристики материала изделий, а именно:The manufacture of products in accordance with the claimed method (examples 1-8) allows in comparison with the prototype method to increase the operational characteristics of the material of the products, namely:
а) уменьшить содержание в УККМ свободного кремния (ср. примеры 1-8 с примерами 9-11);a) reduce the content of free silicon in CCM (cf. examples 1-8 with examples 9-11);
б) уменьшить в УККМ степень карбидизации углеродных волокон (ср. примеры 1-5, 7 с примерами 9, 10);b) to reduce the carbon carbidization rate of carbon fibers in UKKM (cf. examples 1-5, 7 with examples 9, 10);
в) повысить прочностные характеристики УККМ (ср. примеры 1-5 с примером 9, пример 7 с примером 10).c) increase the strength characteristics of UKKM (cf. examples 1-5 with example 9, example 7 with example 10).
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131834/03A RU2570075C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131834/03A RU2570075C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2570075C1 true RU2570075C1 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54846414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014131834/03A RU2570075C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2570075C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2685654C1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-04-22 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method for manufacturing articles from fine-grain siliconized graphite |
| RU2685675C1 (en) * | 2017-12-20 | 2019-04-22 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of making items from ultrafine grain siliconized graphite |
| RU2771306C2 (en) * | 2017-02-02 | 2022-04-29 | Сафран Серамикс | Method for manufacturing part of composite material |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5882726A (en) * | 1996-01-02 | 1999-03-16 | Msnw, Inc. | Low-temperature densification of carbon fiber preforms by impregnation and pyrolysis of sugars |
| RU99122165A (en) * | 1997-03-21 | 2001-09-10 | Даймлеркрайслер Аг | REINFORCED FIBER COMPOSITE CERAMIC MATERIAL AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE |
| RU2232736C2 (en) * | 2002-05-06 | 2004-07-20 | Институт физики твердого тела РАН | Silicon carbide-based refractory material |
| RU2337083C2 (en) * | 2006-06-07 | 2008-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Кераком" (ООО "НПФ "Кераком") | Method of production of fiber-reinforced carbon-silicon carbide composite material |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19711829C1 (en) * | 1997-03-21 | 1998-09-03 | Daimler Benz Ag | Process for the production of a fiber-reinforced composite ceramic |
-
2014
- 2014-07-31 RU RU2014131834/03A patent/RU2570075C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5882726A (en) * | 1996-01-02 | 1999-03-16 | Msnw, Inc. | Low-temperature densification of carbon fiber preforms by impregnation and pyrolysis of sugars |
| RU99122165A (en) * | 1997-03-21 | 2001-09-10 | Даймлеркрайслер Аг | REINFORCED FIBER COMPOSITE CERAMIC MATERIAL AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE |
| RU2232736C2 (en) * | 2002-05-06 | 2004-07-20 | Институт физики твердого тела РАН | Silicon carbide-based refractory material |
| RU2337083C2 (en) * | 2006-06-07 | 2008-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Кераком" (ООО "НПФ "Кераком") | Method of production of fiber-reinforced carbon-silicon carbide composite material |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771306C2 (en) * | 2017-02-02 | 2022-04-29 | Сафран Серамикс | Method for manufacturing part of composite material |
| RU2685675C1 (en) * | 2017-12-20 | 2019-04-22 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of making items from ultrafine grain siliconized graphite |
| RU2685654C1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-04-22 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method for manufacturing articles from fine-grain siliconized graphite |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3549926B1 (en) | Method for preparing c/c-sic composite material part | |
| RU2570075C1 (en) | Method to manufacture products from ceramo-matrix composite material | |
| RU2337083C2 (en) | Method of production of fiber-reinforced carbon-silicon carbide composite material | |
| JP2004507383A (en) | Rapid densification of porous material (preform) using resin transport molding process with high viscosity resin or pitch | |
| RU2458890C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2480433C2 (en) | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material | |
| CN105541364B (en) | A kind of method of step densification production carbon pottery automobile brake disc | |
| RU2569385C1 (en) | Method of making articles from heat-resistant composite materials | |
| RU2573495C1 (en) | Method to manufacture products from ceramic matrix composite material | |
| JP2019507083A (en) | Process for producing ceramics from chemical reactions | |
| RU2559245C1 (en) | Method of manufacturing products from ceramic-matrix composite material | |
| RU2460707C1 (en) | Method of making articles from carbon-silicon carbide material | |
| RU2539465C2 (en) | Method for manufacturing products of reaction-sintered composite material | |
| RU2670819C1 (en) | Method of manufacturing products from reactive sand-made composite material | |
| RU2559251C1 (en) | Manufacturing method of items from ceramic matrix composite material | |
| RU2684538C1 (en) | Carbon-ceramic fiber-reinforced composite material and method for its obtaining | |
| RU2497778C1 (en) | Method of producing articles from carbon-siliconcarbide material | |
| RU2561096C1 (en) | Method of producing articles from carbon-silicon-carbide composite (cscc) | |
| RU2552545C2 (en) | Method of producing sealed articles from heat resistant composites | |
| RU2554645C2 (en) | Method of producing articles from sintered composites | |
| 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 | |
| RU2641748C2 (en) | Leak-tight product of high-temperature composite material, reinforced with long-length fibers, and method of its manufacture | |
| RU2516096C2 (en) | Method of producing articles from composite materials | |
| RU2593508C1 (en) | Method of making thin-walled articles from composite material based on carbon-ceramic matrix with gradient thickness properties |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200801 |