RU2592587C1 - METHOD OF PRODUCING HEAT-SHIELDING LAYERED COMPOSITE MATERIAL OF Zrm(O-B-C)nSYSTEM - Google Patents

METHOD OF PRODUCING HEAT-SHIELDING LAYERED COMPOSITE MATERIAL OF Zrm(O-B-C)nSYSTEM Download PDF

Info

Publication number
RU2592587C1
RU2592587C1 RU2015130367/03A RU2015130367A RU2592587C1 RU 2592587 C1 RU2592587 C1 RU 2592587C1 RU 2015130367/03 A RU2015130367/03 A RU 2015130367/03A RU 2015130367 A RU2015130367 A RU 2015130367A RU 2592587 C1 RU2592587 C1 RU 2592587C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
selected compounds
intermediate layer
thickness
workpieces
hot pressing
Prior art date
Application number
RU2015130367/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Геннадьевич Бурлаченко
Светлана Петровна Буякова
Артем Юрьевич Гусев
Сергей Николаевич Кульков
Лилия Михайловна Молчунова
Николай Леонидович Савченко
Ирина Николаевна Севостьянова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority to RU2015130367/03A priority Critical patent/RU2592587C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592587C1 publication Critical patent/RU2592587C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of composite materials, mainly for structural purposes, and can be used for making heat-shielding laminar composite articles, intended, for example, for efficient heat protection of aerospace aircraft and their power systems. Method of producing heat-shielding layered composite material of Zrm(O-B-C)n system involves preparation of powders of at least two selected compounds of said system: ZrO2, ZrB2 or ZrC, moulding workpieces therefrom and layering workpieces into a graphite mould, hot pressing. During layering an intermediate layer of powder mixture of selected compounds of said system is placed between said workpieces, volume fraction in mixture of which is determined from formula:
Figure 00000005
, where: α1, α2 are CTE of selected compounds, V1, V2 are volume fractions of selected compounds in mixture, wherein thickness of intermediate layer is calculated by formula: ΔH=(α1h12h2)ΔT (2), where: ΔH is thickness of intermediate layer, α1, α2 are CTE of selected compounds, h1, h2 are thickness of workpieces, ΔT is temperature difference, given in mode of hot pressing of material. Powders of selected compounds are prepared by treatment in ball mill in gasoline for 80-100 hours, then dried powders are strained through a sieve. Workpieces are moulded by pressing in mould at pressure of 100-200 MPa. Hot pressing is performed at 1,400-1,700 °C, pressure of 10-20 MPa for 20-30 minutes in nitrogen medium.
EFFECT: avoiding slip cracks formed during cooling in process of producing heat-shielding layered composite material, as well as improved mechanical properties.
4 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к производству композиционных материалов (КМ), преимущественно конструкционного назначения, и может быть использовано для изготовления теплозащитных слоистых композиционных изделий, предназначенных, например, для эффективной тепловой защиты аэрокосмических летательных аппаратов и их энергетических систем.The invention relates to the production of composite materials (KM), mainly for structural purposes, and can be used for the manufacture of heat-protective layered composite products intended, for example, for the effective thermal protection of aerospace aircraft and their energy systems.

Известна подложка с керамическим покрытием, создающим термический барьер, с двумя керамическими слоями (RU 2509177, C23C 28/04, B32B 3/26, B32B 18/00, опубл. 10.03.2014). Подложка с покрытием, создающим термический барьер, содержит упомянутую подложку, упомянутое керамическое покрытие, выполненное из двух керамических слоев, при этом упомянутое покрытие имеет разные толщины на разных участках на упомянутой подложке. Между внутренним керамическим слоем и внешним керамическим слоем не имеется металлического слоя, причем упомянутое покрытие на упомянутой подложке имеет первую область и вторую область. Внешний слой толще, в частности, по меньшей мере, вдвое толще, на второй области, чем керамический слой на первой области на упомянутой подложке. Технический результат заключается в создании термического барьера с высоким сопротивлением тепловым и механическим напряжениям.A known substrate with a ceramic coating that creates a thermal barrier, with two ceramic layers (RU 2509177, C23C 28/04, B32B 3/26, B32B 18/00, publ. 03/10/2014). The substrate with a thermal barrier coating comprises said substrate, said ceramic coating made of two ceramic layers, said coating having different thicknesses at different locations on said substrate. There is no metal layer between the inner ceramic layer and the outer ceramic layer, said coating on said substrate having a first region and a second region. The outer layer is thicker, in particular at least twice as thick, in the second region than the ceramic layer in the first region on said substrate. The technical result consists in creating a thermal barrier with high resistance to thermal and mechanical stresses.

Недостатком этого изобретения является то, что в случае существенной разницы в КТР материалов слоев при их охлаждении от температуры получения на границе раздела возникает напряжение, превышающее прочность материала.The disadvantage of this invention is that in the case of a significant difference in the CTE of the materials of the layers when they are cooled from the production temperature at the interface, a voltage exceeds the strength of the material.

Известен способ получения многослойных керамических изделий из композиционного материала (RU 2112762, C04B 35/596, C04B 35/58, B32B 18/00, опубл. 10.06.1998). Способ заключается в том, что готовят керамическую шихту, по крайней мере, двух составов, содержащую композицию нитрид кремния - оксид иттрия или нитрид кремния - оксид магния и нитрид бора с различными соотношениями компонентов, предварительно уплотняют на механическом прессе в металлических пресс-формах в брикеты из шихты из композиции на основе нитрида кремния со ступенчатым изменением содержания нитрида бора до 50 мас. %, количество брикетов и последовательность укладки определяются конкретным диапазоном свойств, а горячее прессование проводят при температурах 1550-1700°C и давлении 10-20 МПа в течение 2 - 3 ч в среде азота (прототип).A known method of producing multilayer ceramic products from composite material (RU 2112762, C04B 35/596, C04B 35/58, B32B 18/00, publ. 06/10/1998). The method consists in preparing a ceramic mixture of at least two compositions containing a composition of silicon nitride - yttrium oxide or silicon nitride - magnesium oxide and boron nitride with different ratios of components, pre-compacted on a mechanical press in metal molds into briquettes from a charge from a composition based on silicon nitride with a stepwise change in the content of boron nitride to 50 wt. %, the number of briquettes and the stacking sequence are determined by a specific range of properties, and hot pressing is carried out at temperatures of 1550-1700 ° C and a pressure of 10-20 MPa for 2 to 3 hours in a nitrogen environment (prototype).

Недостатком этого изобретения является то, что при спекании разные слои материала имеют различные коэффициенты усадки, что приводит к появлению несплошностей на границе их раздела.The disadvantage of this invention is that when sintering different layers of material have different shrinkage coefficients, which leads to the appearance of discontinuities at the interface.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения теплозащитного слоистого композиционного материала системы Zrm(O-B-C)n.The objective of the invention is to develop a method for producing a heat-protective laminated composite material of the system Zr m (OBC) n .

Техническим результатом предлагаемого изобретения является исключение расслойных трещин, образующихся при охлаждении в процессе получения теплозащитного слоистого композиционного материала.The technical result of the invention is the elimination of delamination cracks formed during cooling in the process of obtaining a heat-protective layered composite material.

Также дополнительным техническим результатом изобретения является то, что полученный теплозащитный слоистый композиционный материал системы Zrm(O-B-С)n обладает высокими механическими свойствами.Also an additional technical result of the invention is that the obtained heat-shielding laminated composite material of the Zr m (OB-C) n system has high mechanical properties.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения теплозащитного слоистого композиционного материала системы Zrm(O-B-C)n, включает подготовку порошков, по меньшей мере, двух выбранных соединений указанной системы, формирование из них заготовок и послойную укладку заготовок в графитовую пресс-форму, горячее прессование, при этом при послойной укладке между указанными заготовками помещают промежуточный слой порошковой смеси выбранных соединений указанной системы, объемные доли которых в смеси определяют из формулы:The specified technical result is achieved in that the method for producing a heat-protective layered composite material of the Zr m (OBC) n system includes the preparation of powders of at least two selected compounds of the specified system, the formation of blanks from them and layering of the blanks in a graphite hot mold pressing, while layering between the blanks, an intermediate layer of a powder mixture of selected compounds of the specified system is placed, the volume fractions of which in the mixture are determined from the formula:

Figure 00000001
, где:
Figure 00000001
where:

α1, α2 - КТР выбранных соединений,α 1 , α 2 - CTE of the selected compounds,

V1, V2 - объемные доли выбранных соединений в смеси,V 1 , V 2 - volume fraction of selected compounds in the mixture,

при этом толщину промежуточного слоя рассчитывают по формуле:while the thickness of the intermediate layer is calculated by the formula:

Figure 00000002
, где:
Figure 00000002
where:

ΔН - толщина промежуточного слоя,ΔН is the thickness of the intermediate layer,

α1, α2 - КТР выбранных соединений,α 1 , α 2 - CTE of the selected compounds,

h1, h2 - толщины заготовок,h 1 , h 2 - the thickness of the workpieces,

ΔT - разница температур, заданная режимом горячего прессования материала.ΔT is the temperature difference specified by the hot pressing mode of the material.

Порошки выбранных соединений подготавливают обработкой в шаровой мельнице в бензине в течение 80-100 ч, затем высушенные порошки протирают через сито. Заготовки формуют прессованием в пресс-форме при давлении 100-200 МПа. Горячее прессование проводят при температуре 1400-1700°C, давлении 10-20 МПа в течение 20-30 минут в среде азота.The powders of the selected compounds are prepared by processing in a ball mill in gasoline for 80-100 hours, then the dried powders are wiped through a sieve. The blanks are formed by compression molding in a mold at a pressure of 100-200 MPa. Hot pressing is carried out at a temperature of 1400-1700 ° C, a pressure of 10-20 MPa for 20-30 minutes in a nitrogen environment.

Известны различные способы получения многослойных конструкционно-теплоизоляционных изделий, состоящих из плотного и пористого слоев. Известные приемы нельзя назвать эффективными из-за ряда недостатков. Основной из них заключается в том, что изделие фактически несколько раз формуют и обжигают. При формовании, например, двухслойных разноплотных изделий литьем с последующими сушкой и обжигом между слоями создается резкая граница, на которой концентрируются напряжения, возникающие из-за различий в усадке, ползучести и коэффициенте температурного расширения слоев. Поэтому авторы предлагают производить уплотнение и соединение слоев через промежуточный слой за один технологический прием.There are various methods for producing multilayer structural heat-insulating products consisting of dense and porous layers. Known techniques cannot be called effective due to a number of disadvantages. The main one is that the product is actually molded and fired several times. When molding, for example, two-layer multi-density products by injection molding, followed by drying and firing between the layers, a sharp boundary is created on which stresses arising due to differences in shrinkage, creep and coefficient of thermal expansion of the layers are concentrated. Therefore, the authors propose to produce compaction and connection of the layers through the intermediate layer in one technological process.

Известно, что горячее прессование имеет существенные преимущества для производства многослойных керамических композитов за счет их значительного уплотнения. К преимуществам также относится более высокая точность размеров изготовляемых деталей, возможность использования различного исходного сырья, получение уникальной комбинации свойств при изготовлении многослойных композиционных материалов. Горячее прессование позволяет использовать порошки с более широким диапазоном характеристик, при этом уплотнение происходит при более низкой температуре.It is known that hot pressing has significant advantages for the production of multilayer ceramic composites due to their significant compaction. The advantages also include a higher dimensional accuracy of the parts to be manufactured, the possibility of using various feedstocks, and obtaining a unique combination of properties in the manufacture of multilayer composite materials. Hot pressing allows the use of powders with a wider range of characteristics, while compaction occurs at a lower temperature.

В предлагаемом изобретении составные части композиционного материала могут быть предварительно сформированы в виде заготовок, например, прессованием при давлении 100-200 МПа.In the present invention, the components of the composite material can be preformed in the form of blanks, for example, by pressing at a pressure of 100-200 MPa.

Прессованные заготовки обеспечивают возможность их послойной укладки в графитовую пресс-форму, препятствуя механическому смешиванию порошков разных исходных компонентов на начальной стадии горячего прессованная.Pressed billets provide the possibility of layering them in a graphite mold, preventing mechanical mixing of powders of different initial components at the initial stage of hot pressed.

Теплозащитный слоистый композиционный материал системы Zrm(O-B-C)n получают следующим образом.The heat-shielding laminated composite material of the Zr m (OBC) n system is prepared as follows.

Порошки, по меньшей мере, двух выбранных соединений системы Zrm(O-B-C)n, взятые в необходимом количестве, обрабатывают по отдельности в шаровой мельнице в бензине в течение 80-100 ч. Высушенные порошки протирают через сито. Затем из подготовленных порошков формируют прессованием, по меньшей мере, две заготовки заданной формы в металлической пресс-форме толщиной соответственно h1, h2.The powders of at least two selected compounds of the Zr m (OBC) n system , taken in the required amount, are treated individually in a ball mill in gasoline for 80-100 hours. The dried powders are wiped through a sieve. Then, from the prepared powders, at least two preforms of a given shape are formed by pressing in a metal mold with a thickness of respectively h 1 , h 2 .

Далее готовят порошковую смесь промежуточного слоя из двух выбранных соединений системы Zrm(O-B-C)n, рассчитав их объемные доли (V1, V2) в порошковой смеси по формуле (1) на основании КТР выбранных соединений (α1, α2). Затем рассчитывают толщину промежуточного слоя порошковой смеси (ΔН) по формуле (2) на основании значений величин:Next, a powder mixture of the intermediate layer is prepared from two selected compounds of the Zr m (OBC) n system , calculating their volume fractions (V 1 , V 2 ) in the powder mixture according to formula (1) based on the CTE of the selected compounds (α 1 , α 2 ). Then calculate the thickness of the intermediate layer of the powder mixture (ΔH) according to the formula (2) based on the values of:

- толщин двух заготовок (h1, h2),- thicknesses of two blanks (h 1 , h 2 ),

- КТР выбранных соединений (α1, α2),- CTE of the selected compounds (α 1 , α 2 ),

- ΔT - разница температур, заданная режимом горячего прессования материала.- ΔT is the temperature difference specified by the hot pressing mode of the material.

Полученные, по меньшей мере, две заготовки укладывают друг на друга в графитовую пресс-форму и между ними помещают промежуточный слой рассчитанной толщины (ΔН) из порошковой смеси двух выбранных соединений системы Zrm(O-B-C)n. Далее проводят горячее прессование при температуре 1400-1700°C и давлении 10-20 МПа в течение 20-30 минут в защитной среде азота.The resulting at least two preforms are stacked on top of each other in a graphite mold and an intermediate layer of the calculated thickness (ΔH) from a powder mixture of two selected compounds of the Zr m (OBC) n system is placed between them. Next, hot pressing is carried out at a temperature of 1400-1700 ° C and a pressure of 10-20 MPa for 20-30 minutes in a protective nitrogen atmosphere.

Примеры конкретного выполненияCase Studies

В качестве исходных компонентов используют порошки:As the starting components use powders:

- диоксида циркония ТУ2320-001-07622928-96,- zirconium dioxide TU2320-001-07622928-96,

- диборида циркония, полученный боротермическим способом,- zirconium diboride obtained by the borothermic method,

- карбида циркония, полученный карбидизацией оксида циркония.- zirconium carbide obtained by carbidization of zirconium oxide.

Пример 1Example 1

Из подготовленных порошков диоксида циркония и карбида циркония формируют прессованием соответственно заготовки 1 и 2 прямоугольный формы в металлической пресс-форме при давлении 200 МПа толщиной, например, 5 мм и 10 мм.From the prepared zirconia and zirconium carbide powders, rectangular preforms 1 and 2 are formed by compression, respectively, in a metal mold at a pressure of 200 MPa, for example, 5 mm and 10 mm thick.

Затем готовят из порошков диоксида циркония и карбида циркония порошковую смесь промежуточного слоя, рассчитав их объемные доли в порошковой смеси по формуле (1) на основании их КТР. Получаем их объемные доли в порошковой смеси соответственно 58% и 42%.Then, an intermediate layer powder mixture is prepared from zirconia and zirconium carbide powders by calculating their volume fractions in the powder mixture according to formula (1) based on their KTP. We obtain their volume fractions in the powder mixture, respectively, 58% and 42%.

Далее рассчитывают толщину промежуточного слоя по формуле (2) на основании значений величин толщин заготовок 1 и 2, КТР диоксида циркония и карбида циркония, соответственно равных 10×10-6 К-1 и 7×10-6 К-1, ΔT=1600°C - задана режимом горячего прессования материала. Получаем расчетную толщину промежуточного слоя, равную 0,20 мм.Next, the thickness of the intermediate layer is calculated by the formula (2) based on the values of the thicknesses of the workpieces 1 and 2, KTR of zirconium dioxide and zirconium carbide, respectively equal to 10 × 10 -6 K -1 and 7 × 10 -6 K -1 , ΔT = 1600 ° C - set by the mode of hot pressing of the material. We get the estimated thickness of the intermediate layer, equal to 0.20 mm

Полученные заготовки диборида циркония и карбида циркония укладывают друг на друга в графитовую пресс-форму и между ними помещают промежуточный слой порошковой смеси рассчитанной толщины, далее проводят горячее прессование при температуре 1600°C и давлении 10 МПа в течение 25 минут в защитной среде азота.The obtained preforms of zirconium diboride and zirconium carbide are stacked on top of each other in a graphite mold and an intermediate layer of a powder mixture of calculated thickness is placed between them, then hot pressing is carried out at a temperature of 1600 ° C and a pressure of 10 MPa for 25 minutes in a protective nitrogen atmosphere.

Пример 2Example 2

Из подготовленных порошков диоксида циркония и диборида циркония формируют прессованием соответственно заготовки 1 и 2 прямоугольный формы в металлической пресс-форме при давлении 150 МПа толщиной, например, 5 мм и 5 мм.From prepared powders of zirconia and zirconium diboride, rectangular preforms 1 and 2 are formed by compression, respectively, in a metal mold at a pressure of 150 MPa, for example, 5 mm and 5 mm thick.

Затем готовят из порошков диоксида циркония и диборида циркония порошковую смесь промежуточного слоя, рассчитав их объемные доли в порошковой смеси по формуле (1) на основании их КТР. Получаем их объемные доли в порошковой смеси соответственно 61% и 39%.Then, an intermediate layer powder mixture is prepared from zirconia and zirconium diboride powders by calculating their volume fractions in the powder mixture according to formula (1) based on their KTP. We obtain their volume fractions in the powder mixture, respectively, 61% and 39%.

Далее рассчитывают толщину промежуточного слоя по формуле (2) на основании значений величин толщин заготовок 1 и 2, КТР диборида циркония, равной 6.5×10-6 К-1 и диоксида циркония, ΔT=1400°C - задана режимом горячего прессования материала. Получаем расчетную толщину промежуточного слоя, равную 0,11 мм.Next, the thickness of the intermediate layer is calculated by the formula (2) based on the values of the thicknesses of the preforms 1 and 2, KTR of zirconium diboride equal to 6.5 × 10 -6 K -1 and zirconia, ΔT = 1400 ° C - set by the hot pressing mode of the material. We get the estimated thickness of the intermediate layer, equal to 0.11 mm.

Полученные заготовки диоксида циркония и диборида циркония укладывают друг на друга в графитовую пресс-форму и между ними помещают промежуточный слой порошковой смеси рассчитанной толщины, далее проводят горячее прессование при температуре 1400°C и давлении 20 МПа в течение 30 минут в защитной среде азота.The obtained blanks of zirconium dioxide and zirconium diboride are stacked on top of each other in a graphite mold and an intermediate layer of a powder mixture of calculated thickness is placed between them, then hot pressing is carried out at a temperature of 1400 ° C and a pressure of 20 MPa for 30 minutes in a protective nitrogen atmosphere.

Пример 3Example 3

Из подготовленных порошков диборида циркония и карбида циркония формируют прессованием соответственно заготовки 1 и 2 прямоугольный формы в металлической пресс-форме при давлении 100 МПа толщиной, например, 10 мм и 5 мм.From the prepared powders of zirconium diboride and zirconium carbide, rectangular preforms 1 and 2 are formed by compression, respectively, in a metal mold at a pressure of 100 MPa, for example, 10 mm and 5 mm thick.

Затем готовят из порошков диборида циркония и карбида циркония порошковую смесь промежуточного слоя, рассчитав их объемные доли в порошковой смеси по формуле (1) на основании их КТР. Получаем их объемные доли в порошковой смеси соответственно 48% и 52%.Then, an intermediate layer powder mixture is prepared from zirconium diboride and zirconium carbide powders by calculating their volume fractions in the powder mixture according to formula (1) based on their KTP. We obtain their volume fractions in the powder mixture, respectively, 48% and 52%.

Далее рассчитывают толщину промежуточного слоя по формуле (2) на основании значений величин толщин заготовок 1 и 2, КТР диборида циркония и карбида циркония, ΔT=1700°C - задана режимом горячего прессования материала. Получаем расчетную толщину промежуточного слоя, равную 0,17 мм.Next, the thickness of the intermediate layer is calculated by the formula (2) based on the values of the thicknesses of the workpieces 1 and 2, KTR of zirconium diboride and zirconium carbide, ΔT = 1700 ° C - set by the mode of hot pressing of the material. We get the estimated thickness of the intermediate layer, equal to 0.17 mm

Полученные заготовки диборида циркония и карбида циркония укладывают друг на друга в графитовую пресс-форму и между ними помещают промежуточный слой порошковой смеси рассчитанной толщины, далее проводят горячее прессование при температуре 1700°C и давлении 10 МПа в течение 20 минут в защитной среде азота.The obtained blanks of zirconium diboride and zirconium carbide are stacked on top of each other in a graphite mold and an intermediate layer of a powder mixture of calculated thickness is placed between them, then hot pressing is carried out at a temperature of 1700 ° C and a pressure of 10 MPa for 20 minutes in a protective nitrogen atmosphere.

Пример 4Example 4

Из подготовленных порошков диоксида циркония, диборида циркония и карбида циркония формируют прессованием соответственно заготовки 1, 2 и 3 прямоугольной формы в металлической пресс-форме при давлении 200 МПа толщиной, например, 10 мм, 5 мм и 10 мм.From the prepared powders of zirconium dioxide, zirconium diboride and zirconium carbide, rectangular blanks 1, 2 and 3 are formed by compression in a metal mold, respectively, at a pressure of 200 MPa with a thickness of, for example, 10 mm, 5 mm and 10 mm.

Затем готовят из порошков диоксида циркония, диборида циркония и карбида циркония порошковые смеси промежуточных слоев, рассчитав их объемные доли в порошковой смеси по формуле (1) на основании их КТР. Получаем объемные доли в порошковой смеси для первого промежуточного слоя из диоксида циркония, диборида циркония, соответственно 61% и 39%; для второго промежуточного слоя из диборида циркония и карбида циркония, соответственно 48% и 52%.Then, powder mixtures of intermediate layers are prepared from zirconia, zirconium diboride and zirconium carbide powders by calculating their volume fractions in the powder mixture according to the formula (1) based on their KTP. We obtain volume fractions in the powder mixture for the first intermediate layer of zirconium dioxide, zirconium diboride, respectively 61% and 39%; for the second intermediate layer of zirconium diboride and zirconium carbide, respectively 48% and 52%.

Далее рассчитывают толщину первого промежуточного слоя по формуле (2) на основании значений величин толщин заготовок 1 и 2, КТР диоксида циркония, диборида циркония, ΔT=1600°C - задана режимом горячего прессования материала. Получаем расчетную толщину первого промежуточного слоя, равную 0,21 мм.Next, the thickness of the first intermediate layer is calculated by the formula (2) based on the values of the thicknesses of the workpieces 1 and 2, KTR of zirconium dioxide, zirconium diboride, ΔT = 1600 ° C - set by the mode of hot pressing of the material. We get the estimated thickness of the first intermediate layer, equal to 0.21 mm.

Далее рассчитывают толщину второго промежуточного слоя по формуле (2) на основании значений величин толщин заготовок 2 и 3, КТР диборида циркония и карбида циркония, ΔT=1600°C - задана режимом горячего прессования материала. Получаем расчетную толщину второго промежуточного слоя, равную 0,16 мм.Next, the thickness of the second intermediate layer is calculated by the formula (2) based on the values of the thicknesses of the workpieces 2 and 3, KTR of zirconium diboride and zirconium carbide, ΔT = 1600 ° C - set by the mode of hot pressing of the material. We get the estimated thickness of the second intermediate layer, equal to 0.16 mm

Полученные заготовки диоксида циркония, диборида циркония и карбида циркония укладывают друг на друга в графитовую пресс-форму и между ними помещают промежуточные слои порошковой смеси рассчитанной толщины, далее проводят горячее прессование при температуре 1700°C и давлении 20 МПа в течение 25 минут в защитной среде азота.The obtained preforms of zirconium dioxide, zirconium diboride and zirconium carbide are placed on top of each other in a graphite mold and intermediate layers of a powder mixture of calculated thickness are placed between them, then hot pressing is carried out at a temperature of 1700 ° C and a pressure of 20 MPa for 25 minutes in a protective medium nitrogen.

В результате, полученный по предлагаемому способу теплозащитный слоистый композиционный материал системы Zrm(O-B-C)n не имеет расслойных трещин, образующихся при охлаждении в процессе его получения.As a result, the heat-shielding laminated composite material of the Zr m (OBC) n system obtained by the proposed method does not have delamination cracks formed upon cooling during its preparation.

Также полученный теплозащитный слоистый композиционный материал системы Zrm(O-B-C)n имеет высокие механические свойства:Also, the obtained heat-shielding laminated composite material of the Zr m (OBC) n system has high mechanical properties:

- прочность при поперечном изгибе при комнатной температуре более 500 МПа, при 1300°C не менее 300 МПа;- transverse bending strength at room temperature more than 500 MPa, at 1300 ° C not less than 300 MPa;

- твердость HV 10 ГПа.- hardness HV 10 GPa.

Claims (4)

1. Способ получения теплозащитного слоистого композиционного материала системы Zrm(O-B-C)n, включающий подготовку порошков, по меньшей мере, двух выбранных соединений указанной системы, формирование из них заготовок и послойную укладку заготовок в графитовую пресс-форму, горячее прессование, отличающийся тем, что при послойной укладке между указанными заготовками помещают промежуточный слой порошковой смеси выбранных соединений указанной системы, объемные доли которых в смеси определяют из формулы:
Figure 00000003
, где:
α1, α2 - КТР выбранных соединений,
V1, V2 - объемные доли выбранных соединений в смеси,
при этом толщину промежуточного слоя рассчитывают по формуле:
Figure 00000004
, где:
ΔH - толщина промежуточного слоя,
α1, α2 - КТР выбранных соединений,
h1, h2 - толщины заготовок,
ΔT - разница температур, заданная режимом горячего прессования материала.
1. A method of obtaining a heat-protective laminated composite material of the Zr m (OBC) n system , comprising preparing powders of at least two selected compounds of the specified system, forming blanks from them and layer-by-layer stacking of blanks in a graphite mold, hot pressing, characterized in that during layer-by-layer laying between these blanks, an intermediate layer of a powder mixture of selected compounds of the specified system is placed, the volume fractions of which in the mixture are determined from the formula:
Figure 00000003
where:
α 1 , α 2 - CTE of the selected compounds,
V 1 , V 2 - volume fraction of selected compounds in the mixture,
while the thickness of the intermediate layer is calculated by the formula:
Figure 00000004
where:
ΔH is the thickness of the intermediate layer,
α 1 , α 2 - CTE of the selected compounds,
h 1 , h 2 - the thickness of the workpieces,
ΔT is the temperature difference specified by the hot pressing mode of the material.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что порошки выбранных соединений подготавливают обработкой в шаровой мельнице в бензине в течение 80-100 ч, затем высушенные порошки протирают через сито.2. The method according to p. 1, characterized in that the powders of the selected compounds are prepared by processing in a ball mill in gasoline for 80-100 hours, then the dried powders are wiped through a sieve. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формуют заготовки прессованием в пресс-форме при давлении 100-200 МПа.3. The method according to p. 1, characterized in that the preform is formed by pressing in a mold at a pressure of 100-200 MPa. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячее прессование проводят при температуре 1400-1700°C, давлении 10-20 МПа в течение 20-30 минут в среде азота. 4. The method according to p. 1, characterized in that the hot pressing is carried out at a temperature of 1400-1700 ° C, a pressure of 10-20 MPa for 20-30 minutes in a nitrogen environment.
RU2015130367/03A 2015-07-22 2015-07-22 METHOD OF PRODUCING HEAT-SHIELDING LAYERED COMPOSITE MATERIAL OF Zrm(O-B-C)nSYSTEM RU2592587C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130367/03A RU2592587C1 (en) 2015-07-22 2015-07-22 METHOD OF PRODUCING HEAT-SHIELDING LAYERED COMPOSITE MATERIAL OF Zrm(O-B-C)nSYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130367/03A RU2592587C1 (en) 2015-07-22 2015-07-22 METHOD OF PRODUCING HEAT-SHIELDING LAYERED COMPOSITE MATERIAL OF Zrm(O-B-C)nSYSTEM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2592587C1 true RU2592587C1 (en) 2016-07-27

Family

ID=56556946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015130367/03A RU2592587C1 (en) 2015-07-22 2015-07-22 METHOD OF PRODUCING HEAT-SHIELDING LAYERED COMPOSITE MATERIAL OF Zrm(O-B-C)nSYSTEM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2592587C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5030597A (en) * 1989-03-03 1991-07-09 Toray Industries, Inc. Process for producing ceramic composites
US5149678A (en) * 1989-01-13 1992-09-22 Lanxide Technology Company, Lp Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby
RU2112762C1 (en) * 1996-05-05 1998-06-10 Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Method of manufacturing layered ceramic products from composite material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5149678A (en) * 1989-01-13 1992-09-22 Lanxide Technology Company, Lp Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby
US5030597A (en) * 1989-03-03 1991-07-09 Toray Industries, Inc. Process for producing ceramic composites
RU2112762C1 (en) * 1996-05-05 1998-06-10 Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Method of manufacturing layered ceramic products from composite material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gonzalez et al. Characterization of ceramic components fabricated using binder jetting additive manufacturing technology
CN108675798B (en) Silicon nitride ceramic and preparation method thereof
Leo et al. Near‐net‐shaping methods for ceramic elements of (body) armor systems
US7550107B2 (en) Method of forming CMC component
KR20100010023A (en) A method of fabricating a thermostructural composite material part, and a part obtained thereby
Zhang et al. Al2O3 ceramics preparation by LOM (laminated object manufacturing)
ATE16275T1 (en) DENSE MOLDINGS OF POLYCRYSTALLINE HEXAGONAL BORON NITRIDE AND PROCESS FOR THEIR PRODUCTION BY ISOSTATIC HOT PRESSING.
JPH0365571A (en) Compacted member and its manufacture method and preform
RU2744543C1 (en) Method for producing ceramic composite material based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibers
JP2022501509A (en) A method of manufacturing parts with complex shapes from preforms by pressure sintering
US4542109A (en) Silicon nitride-cordierite ceramic article, and process of manufacture thereof
CN103964854B (en) A kind of layer-built armor SiC ceramic thin layer bullet resistant material and preparation method thereof
Deckers et al. Densification and geometrical assessments of alumina parts produced through indirect selective laser sintering of alumina-polystyrene composite powder
Hu et al. Mechanical and dielectric properties of SiCf/SiC composites fabricated by PIP combined with CIP process
CN104692803A (en) Preparation method of wear-resistant composite material preform
EP0045134B1 (en) A composite material of silicon carbide and silicon and method of producing the material
CN1303038C (en) Technical method for rapid shaping silicon carbide ceramic part utilizing laminated solid body
CN104658917B (en) A kind of preparation method of the metal-based compound electronics packaging part containing high-volume fractional SiC
RU2592587C1 (en) METHOD OF PRODUCING HEAT-SHIELDING LAYERED COMPOSITE MATERIAL OF Zrm(O-B-C)nSYSTEM
CN103804005A (en) Forming method of silicon carbide ceramic matrix composite inverted-T shaped section component
CN110386823B (en) Preparation method of ceramic-based complex structural member based on selective laser sintering
CN102173831A (en) Method for preparing lamellar zirconium boride ultrahigh-temperature ceramic through casting method
CN109604591B (en) Near-net forming die and near-net forming method of high-silicon aluminum alloy shell
KR20120030381A (en) Method for preparing of ceramic shaped part, apparatus and use thereof
KR0139551B1 (en) Proce ss for simultaneously producing a number of ceramic sintered body by hot pressing method

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20170411