RU2624707C1 - Method of producing sealed products from composite materials - Google Patents

Method of producing sealed products from composite materials Download PDF

Info

Publication number
RU2624707C1
RU2624707C1 RU2016126050A RU2016126050A RU2624707C1 RU 2624707 C1 RU2624707 C1 RU 2624707C1 RU 2016126050 A RU2016126050 A RU 2016126050A RU 2016126050 A RU2016126050 A RU 2016126050A RU 2624707 C1 RU2624707 C1 RU 2624707C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
carbon
silicon
binder
inner shell
Prior art date
Application number
RU2016126050A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Максимович Бушуев
Максим Вячеславович Бушуев
Федор Викторович Трубин
Original Assignee
Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов"
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 Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" filed Critical Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов"
Priority to RU2016126050A priority Critical patent/RU2624707C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2624707C1 publication Critical patent/RU2624707C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/04Layered products comprising a layer of synthetic resin as impregnant, bonding, or embedding substance
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • C04B35/505Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds based on yttrium oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/528Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
    • C04B35/532Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components containing a carbonisable binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C04B35/83Carbon fibres in a carbon matrix

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: method includes the manufacture of an inner shell of composite material (CM), the formation of a hermetic coating thereon, the manufacture of an outer shell of CM based on the same type of reinforcing fibers as the inner shell CM, and high-modulus high-strength carbon fibers are used. The inner shell is made of carbon-silicon carbide composite material that does not contain free silicon. As a composition, when forming a hermetic coating, a suspension is used which is based on a binder, i.e. a solution of organo-yttrium-oxane-lumoxane siloxane, and a filler, i.e. a mixture of finely divided refractory powders , Y2O3, SiO2 or Al2O3, Y2O3, HfO2, SiO2. The coating is formed by lamination of the suspension interchanging with drying and further heat treatment at 1600°C. The outer shell is produced over the barrier coating formed on top the tight oxide coating. The shell is manufactured in the following sequence: a frame is formed and then impregnated with a coke-forming and/or polycarbosilane binder. Next, a carbon fiber reinforced plastic billet is made, subjected to carbonization and compacted to the maximum possible density by pyrocarbon using the vacuum isothermal method or compacted to intermediate density by pyrocarbon. Nanocarbon is grown in the pores of the material and silicated by the vapour-liquid phase method with the mass transfer of silicon into the pores of the material via the mechanism of capillary condensation of its vapours in the range of 1300-1500°C and the subsequent exposure at a temperature of 1550-1600°C.
EFFECT: providing a possibility of reducing the weight of manufactured products designed to work under excessive pressure at high temperatures and in the presence of an oxidizing environment.
4 cl, 10 ex

Description

Изобретение относится к способам изготовления герметичных изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и наличии окислительной среды при одностороннем или двустороннем доступе к изделию.The invention relates to methods for the manufacture of sealed products designed to work under excessive pressure at high temperatures and in the presence of an oxidizing environment with unilateral or bilateral access to the product.

Известен способ изготовления герметичных изделий, включающий формирование на несущей основе изделия герметичного покрытия [пат. RU №2471707, 2013].A known method of manufacturing a sealed product, including the formation on a carrier basis of the product of a sealed coating [US Pat. RU No. 2471707, 2013].

В соответствии с ним в качестве материалов несущей основы и герметичного покрытия берут материалы, компоненты которых имеют близкий друг к другу и покрытию клтр (коэффициент линейного термического расширения), в частности, в качестве углеродных волокон берут низкомодульные волокна с клтр, близким к клтр углеродной или углерод-карбидокремниевой матрицы, а именно: ~4,0×10-6 град-1.In accordance with it, as the materials of the carrier base and the hermetic coating, materials are taken whose components are close to each other and the coating has a ctr (coefficient of linear thermal expansion), in particular, low-modulus fibers with a ctl close to a ctr of carbon or carbon-silicon carbide matrix, namely: ~ 4.0 × 10 -6 deg -1 .

Недостатком способа является то, что он не исключает возможность разгерметизации изделия при механическом и/или химическом воздействии, а также сравнительно низкая прочность материала изделия, что приводит к необходимости увеличения толщин, а значит его веса для обеспечения требуемой прочности изделия.The disadvantage of this method is that it does not exclude the possibility of depressurization of the product under mechanical and / or chemical stress, as well as the relatively low strength of the material of the product, which leads to the need to increase the thickness, and hence its weight, to provide the required strength of the product.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления герметичных изделий из композиционного материала (КМ), включающий изготовление внутренней оболочки из КМ, формирование на ней герметичного покрытия, совместимого по клтр с материалом внутренней оболочки, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из композиционного материала на основе того же вида армирующих волокон, что и композиционный материал внутренней оболочки [пат. RU №2497750, 2013].The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing sealed products from composite material (KM), including the manufacture of an inner shell from KM, the formation on it of a sealed coating compatible in terms of ctr with the material of the inner shell, the manufacture of an outer shell of composite over the coating material based on the same type of reinforcing fibers as the composite material of the inner shell [US Pat. RU No. 2497750, 2013].

В соответствии с ним герметичное покрытие представляет собой пироуглеродное покрытие, а в качестве армирующих волокон при изготовлении внутренней и наружной оболочек используют низкомодульные углеродные волокна с клтр, близким к клтр углеродной и углерод-карбидокремниевой матрицы.In accordance with it, an airtight coating is a pyrocarbon coating, and low-modulus carbon fibers with a clt close to a clt of a carbon and carbon-silicon matrix are used as reinforcing fibers in the manufacture of the inner and outer shells.

Способ позволяет повысить надежность работы изделий за счет предохранения герметичного покрытия от механического воздействия, а также воздействия химически агрессивной среды.The method improves the reliability of the products by protecting the sealed coating from mechanical stress, as well as the effects of chemically aggressive environments.

Недостатком способа является то, что изготавливаемые изделия имеют сравнительно большой вес из-за низкой прочности этого типа композиционных материалов. Кроме того, они не предназначены для работы в окислительной среде.The disadvantage of this method is that the manufactured products have a relatively large weight due to the low strength of this type of composite materials. In addition, they are not intended for use in an oxidizing environment.

Задачей изобретения является обеспечение возможности снижения веса изготавливаемых изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и наличии окислительной среды, в том числе тонкостенных, крупногабаритных и сложнопрофильных без проведения операции их мехобработки.The objective of the invention is to provide the possibility of reducing the weight of manufactured products designed to work under excessive pressure at high temperatures and in the presence of an oxidizing environment, including thin-walled, large-sized and complex ones without performing machining operations.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления герметичных изделий из композиционного материала, включающем изготовление внутренней оболочки из КМ, формирование на ней герметичного покрытия, совместимого по клтр с материалом внутренней оболочки, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из композиционного материала на основе того же типа армирующих волокон, что и композиционный материал внутренней оболочки, в соответствии с заявляемым техническим решением в качестве армирующих волокон композиционных материалов внутренней и наружной оболочки используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна, по крайней мере в одном из направлений армирования, внутреннюю оболочку изготавливают из углерод-карбидокремниевого композиционного материала, не содержащего свободного кремния, в качестве композиции при формировании герметичного покрытия используют суспензию на основе связующего - раствора органоиттрийоксаналюмоксансилоксана - и наполнителя - смеси мелкодисперсных огнеупорных порошков Al2O3, Y2O3, SiO2 или Al2O3, Y2O3, HfO2, SiO2, формирование покрытия осуществляют путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой, и последующей термообработки при 1600°С, изготовление наружной оболочки производят по сформированному поверх герметичного оксидного покрытия, барьерному покрытию, предотвращающему доступ к нему углерода и кремния, и осуществляют его (изготовление оболочки) в следующей последовательности: формируют каркас, пропитывают его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим, формуют углепластиковую заготовку, подвергают ее карбонизации и уплотнению пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности для данного типа материала или уплотняют пироуглеродом до промежуточной плотности, выращивают в порах материала наноуглерод и силицируют парожидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1500°С с последующей выдержкой при температуре 1550-1600°С.The problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing sealed products from composite material, including the manufacture of an inner shell from KM, the formation on it of a sealed coating compatible in terms of ctr with the material of the inner shell, the manufacture of an outer shell from a composite material on the basis of the same type of reinforcing fibers, as the composite material of the inner shell, in accordance with the claimed technical solution as reinforcing fibers of composite materials The inner and outer sheath series use high-modulus high-strength carbon fibers, in at least one of the reinforcement directions, the inner sheath is made of carbon-carbide-silicon composite material that does not contain free silicon, and a suspension based on a binder - an organo-yttrioxane-aluminum-oxoxane siloxane solution is used as a composition in the formation of a sealed coating - and filler - mixture of Al 2 O 3 fine refractory powder, Y 2 O 3, SiO 2 or Al 2 O 3, Y 2 O 3, HfO 2, SiO 2, Form Coating is carried out by layer-by-layer deposition of a suspension, alternating with drying, and subsequent heat treatment at 1600 ° C, the outer shell is produced by the barrier coating preventing carbon and silicon from accessing it, which is formed over the sealed oxide coating, and it is made (shell manufacturing) in of the following sequence: a framework is formed, it is impregnated with a coke-forming and / or polycarbosilane binder, a carbon-plastic preform is formed, it is carbonized and compacted pyrocarbon vacuum isothermal method to the maximum possible density for this type of material or compacted with pyrocarbon to an intermediate density, nanocarbon is grown in the pores of the material and siliconized by the vapor-liquid phase method by mass transfer of silicon into the pores of the material by the mechanism of capillary condensation of its vapor in the range 1300-1500 ° С followed by exposure at a temperature of 1550-1600 ° C.

Решению поставленной задачи способствует:The solution to the problem contributes to:

1) то, что барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного покрытия, и временного связующего, приклеивая на нее (на композицию) графитовую фольгу;1) the fact that the barrier coating is formed on the basis of a composition of ultrafine powder of the compound thermodynamically compatible with the material of the hermetic coating and a temporary binder by gluing graphite foil on it (on the composition);

2) то, что барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного покрытия, и поликарбосиланового связующего, а пропитку сформированного каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим проводят, не производя термообработки поликарбосиланового связующего;2) the fact that the barrier coating is formed on the basis of a composition of ultrafine powder of the compound thermodynamically compatible with the hermetic coating material and the polycarbosilane binder, and the impregnation of the formed outer shell frame with a coke-forming binder is carried out without heat treatment of the polycarbosilane binder;

3) то, что перед формированием герметичного оксидного покрытия внутреннюю оболочку из УККМ, не содержащего свободного кремния, двух-трехкратно пропитывают раствором органоиттрийоксаналюмоксансилоксана, чередуя с сушкой, после чего термообрабатывают при 1600°С.3) the fact that before forming a sealed oxide coating, the inner shell of UKKM, which does not contain free silicon, is impregnated with a solution of organo-yttriioxanaluminoxane siloxane two to three times, alternating with drying, and then heat treated at 1600 ° C.

Использование в качестве армирующих волокон высокомодульных высокопрочных углеродных волокон создает предпосылки для получения КМ с более высокой прочностью. Кроме того, обеспечивается практически одинаковое расширение оболочек при их нагреве, что исключает их растрескивание.The use of high-modulus high-strength carbon fibers as reinforcing fibers creates the prerequisites for obtaining CM with higher strength. In addition, it provides almost the same expansion of the shells when they are heated, which eliminates their cracking.

Изготовление внутренней оболочки из углерод-карбидокремниевого композиционного материала позволяет исключить прямой контакт углеродной матрицы с герметизирующим оксидным покрытием, исключив тем самым химическое взаимодействие между ними.The manufacture of the inner shell of a carbon-carbide-silicon composite material eliminates the direct contact of the carbon matrix with a sealing oxide coating, thereby eliminating the chemical interaction between them.

Отсутствие в указанном материале свободного кремния позволяет исключить деградацию герметичного оксидного покрытия, протекающую при химическом взаимодействии его с кремнием.The absence of free silicon in this material eliminates the degradation of the sealed oxide coating that occurs during its chemical interaction with silicon.

Использование в качестве композиции при формировании герметичного оксидного покрытия суспензии на основе связующего - раствора органоиттрийоксаналюмоксансилоксана и наполнителя - смеси мелкодиспесных огнеупорных порошков Y2O3, Al2O3, SiO2 или Y2O3, Al2O3, HfO2, SiO2 и осуществление формирования покрытия путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой и последующей термообработкой при 1600°С, позволяет упростить его получение на крупногабаритных изделиях. Кроме того, позволяет сформировать герметичное оксидное покрытие сложного состава, в котором SiO2 химически связан с другими окислами, т.е. не имеет прямого контакта с SiC, при наличии которого происходила бы деградация оксидного покрытия по реакции:The use as a composition in the formation of a sealed oxide coating of a suspension based on a binder — a solution of organo-yttrioxanaluminoxoxanesiloxane and a filler — a mixture of finely divided refractory powders Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 or Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , HfO 2 , SiO 2 and the implementation of the formation of the coating by layer-by-layer application of a suspension, alternating with drying and subsequent heat treatment at 1600 ° C, makes it easier to obtain it on large-sized products. In addition, it allows the formation of a sealed oxide coating of complex composition in which SiO 2 is chemically bonded to other oxides, i.e. does not have direct contact with SiC, in the presence of which the oxide coating would degrade by the reaction:

SiC+2SiO2=3SiO+СОSiC + 2SiO 2 = 3SiO + СО

Осуществление (в предпочтительном варианте выполнения способа) перед формированием герметичного оксидного покрытия - двух-трехкратной пропитки внутренней оболочки из УККМ, не содержащего свободного кремния, раствором органоиттрийоксаналюмооксансилоксана, чередующейся с сушкой, с последующей термообработкой при 1600°С, позволяет в какой-то степени снизить проницаемость материала внутренней оболочки, следствием чего является повышение уровня герметичности изделия в целом.The implementation (in a preferred embodiment of the method) before forming a sealed oxide coating — two or three-fold impregnation of the inner shell of UKKM, free of free silicon, with a solution of organo-yttrioxanaluminoxoxysiloxane, alternating with drying, followed by heat treatment at 1600 ° C, allows to reduce to some extent the permeability of the material of the inner shell, the consequence of which is to increase the level of tightness of the product as a whole.

Изготовление наружной оболочки по сформированному поверх герметичного оксидного покрытия барьерному покрытию, предотвращающему доступ углерода и кремния к оксидному покрытию, позволяет исключить деградацию свойств оксидного покрытия как в процессе изготовления наружной оболочки, так и в процессе работы изделия.The manufacture of the outer shell according to the barrier coating formed over the sealed oxide coating, which prevents the access of carbon and silicon to the oxide coating, eliminates the degradation of the properties of the oxide coating both during the manufacturing of the outer shell and during the operation of the product.

Изготовление наружной оболочки по сформированному поверх герметичного покрытия барьерному покрытию на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с оксидным покрытием, и временного связующего, на которую (композицию) приклеена графитовая фольга (в одном из предпочтительных вариантов выполнения способа) позволяет исключить химическое взаимодействие между материалом барьерного покрытия (на основе композиции из ультрадисперсного порошка) и материалом герметичного оксидного покрытия, а также позволяет (благодаря наличию в барьерном покрытии слоя графитовой фольги) исключить доступ коксообразующего связующего и углеродсодержащего газа к оксидному покрытию (и тем самым исключить прямой контакт оксидного покрытия с углеродом), а также предотвратить доступ к нему кремния.The manufacture of an outer shell on a barrier coating formed over a sealed coating based on a composition of ultrafine powder of a compound thermodynamically compatible with an oxide coating and a temporary binder on which (a composition) is glued graphite foil (in one of the preferred embodiments of the method) eliminates the chemical interaction between barrier coating material (based on a composition of ultrafine powder) and a sealed oxide coating material, and it also allows (due to the presence of a layer of graphite foil in the barrier coating) to exclude the access of the coke-forming binder and carbon-containing gas to the oxide coating (and thereby exclude direct contact of the oxide coating with carbon), as well as to prevent silicon from accessing it.

Изготовление (в другом предпочтительном варианте выполнения способа) наружной оболочки по сформированному поверх герметичного оксидного покрытия барьерному покрытию на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с оксидным покрытием, и поликарбосилоксанового связующего позволяет исключить химическое взаимодействие между компонентами материала барьерного покрытия с материалом оксидного покрытия, а в совокупности с пропиткой каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим без проведения карбонизации и термообработки поликарбосилоксанового связующего позволяет исключить доступ коксообразующего связующего к оксидному покрытию (и тем самым исключить прямой контакт материала оксидного покрытия с углеродом).The manufacture (in another preferred embodiment of the method) of the outer shell on a barrier coating formed over an airtight oxide coating based on a composition of an ultrafine powder of a compound thermodynamically compatible with the oxide coating and a polycarbosiloxane binder eliminates the chemical interaction between the components of the barrier coating material with the oxide coating material, and in conjunction with the impregnation of the outer shell frame with a coke-forming binder without conducting the heat treatment and carbonization polikarbosiloksanovogo binder avoids access coke-forming binder for the oxide coating (and thereby prevent direct contact of the material with carbon oxide coating).

Кроме того, в совокупности с операциями уплотнения материала пироуглеродом и формирования в его порах наноуглерода (проводимых перед операцией силицирования), это позволяет предотвратить доступ к нему (оксидному покрытию) кремния на стадии силицирования материала.In addition, in conjunction with the operations of compaction of the material with pyrocarbon and the formation of nanocarbon (carried out before the siliconizing operation) in its pores, this helps to prevent silicon from accessing it (oxide coating) at the stage of siliconizing the material.

Осуществление операции изготовления наружной оболочки в последовательности: формирование каркаса, пропитка его коксообразующим связующим, карбонизация и уплотнение пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности для данного типа материала, работает на создание условий, исключающих прямой контакт углерода (входящего в состав материала наружной оболочки) с материалом герметичного оксидного покрытия, а также позволяет ограничить температурное воздействие на материал барьерного покрытия (при проведении данной операции оно не превышает температуры 950-980°С).The implementation of the operation of manufacturing the outer shell in the sequence: forming a framework, impregnating it with a coke-forming binder, carbonizing and sealing with pyrocarbon by a vacuum isothermal method to the maximum possible density for this type of material, works to create conditions that exclude direct contact of carbon (which is part of the outer shell material) with sealed oxide coating material, and also allows you to limit the temperature effect on the material of the barrier coating (when SRI the operation temperature does not exceed 950-980 ° C).

Кроме того, изготовление наружной оболочки с использованием операции формования пластиковой заготовки позволяет изготавливать тонкостенные сложнопрофильные изделия, в том числе крупногабаритные, без необходимости проведения операции мехобработки.In addition, the manufacture of the outer shell using the operation of molding a plastic workpiece allows the manufacture of thin-walled complex products, including large ones, without the need for a machining operation.

В еще большей степени создаются рассматриваемые условия в том случае, когда на стадии пропитки каркаса вместо коксообразующего связующего - или наряду с ним - используется поликарбосилановое связующее, при пиролизе которого образуется карбид кремния, экранирующий углерод (входящий в состав материала наружной оболочки) от прямого контакта с материалом оксидного покрытия.To a greater degree, the conditions under consideration are created in the case when, at the stage of the frame impregnation, instead of the coke-forming binder - or along with it - a polycarbosilane binder is used, during the pyrolysis of which silicon carbide is formed, which shields carbon (which is part of the outer shell material) from direct contact with oxide coating material.

Осуществление операции изготовления наружной оболочки в несколько иной последовательности (второй вариант изготовления оболочки), а именно в последовательности: формирование каркаса, пропитка его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим, карбонизация, уплотнение пироуглеродом до промежуточной плотности, выращивание в порах материала наноуглерода и силицирование, позволяет получить оболочку из углерод-карбидокремниевого материала с низким содержанием свободного кремния (что обусловлено малым размером пор материала после выращивания в них наноуглерода и, как следствие, небольшим количеством входящего в каждую отдельную пору кремния, достаточным лишь для карбидизации углерода), обеспечивающего возможность работы изделия в окислительной среде.The implementation of the operation of manufacturing the outer shell in a slightly different sequence (the second version of the shell manufacturing), namely in the sequence: forming a framework, impregnating it with a coke-forming and / or polycarbosilane binder, carbonization, densification with pyrocarbon to an intermediate density, growing nanocarbon material in the pores and silicification, allows get a shell of carbon-carbide-silicon material with a low content of free silicon (due to the small pore size of the material after growing nanocarbon in them and as a result, a small amount included in each individual pore silicon carbon sufficient only for carbonization), providing the possibility of the product in an oxidizing environment.

Указанная выше последовательность проведения операций при изготовлении наружной оболочки из УККМ в совокупности с проведением силицирования заготовки парожидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1500°С с последующей выдержкой при температуре 1550-1600°С позволяет, с одной стороны, ввести кремний в сколь угодно мелкие поры, в том числе наноразмерные, и затем перевести его в карбид кремния, с другой стороны, создает некие затруднения в части доступа паров или конденсата паров кремния на пути к барьерному покрытию и далее - к оксидному покрытию, а также снизить температурное и химическое воздействие на них кремния, если таковое окажется возможным.The above sequence of operations in the manufacture of the outer shell from UKKM in conjunction with the silicification of the workpiece by the vapor-liquid method during mass transfer of silicon into the pores of the material by the mechanism of capillary condensation of its vapor in the range of 1300-1500 ° C with subsequent exposure at a temperature of 1550-1600 ° C allows on the one hand, introducing silicon into arbitrarily small pores, including nanoscale ones, and then converting it to silicon carbide, on the other hand, creates some difficulties in terms of vapor access or Moisture build up of silicon vapor on the way to the barrier coating and further - to the oxide coating, as well as reduce thermal and chemical effect on them of silicon, if any, would be possible.

Тем самым создаются условия для исключения деградации свойств оксидного покрытия.This creates the conditions for eliminating the degradation of the properties of the oxide coating.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность придать герметичность изделиям из композиционных материалов на основе высокомодульных высокопрочных углеродных волокон и углеродной и/или углерод-карбидокремниевой матрицы, а также возможность придать форму изделию на стадии формования пластиковой заготовки и тем самым исключить необходимость в мехобработке изделий.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to impart tightness to products made of composite materials based on high-modulus high-strength carbon fibers and carbon and / or carbon-silicon carbide matrix, as well as the ability to shape the product at the stage of molding a plastic blank and thereby eliminate the need for machining products.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: обеспечивается возможность снижения веса изготавливаемых изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и наличии окислительной среды, в том числе тонкостенных, крупногабаритных и сложнопрофильных, без проведения операции мехобработки.Thanks to the new property, the task is solved, namely: it is possible to reduce the weight of manufactured products designed to work under excessive pressure at high temperatures and in the presence of an oxidizing environment, including thin-walled, large-sized and complex ones, without performing a machining operation.

Способ осуществляют следующим образом:The method is as follows:

Изготавливают внутреннюю оболочку из композиционного материала (КМ); причем изготавливают ее из углерод-карбидокремниевого композиционного материала (УККМ), не содержащего свободного кремния. При его изготовлении в качестве армирующих волокон используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна.An inner shell is made of composite material (KM); moreover, it is made of carbon-carbide-silicon composite material (UKKM) that does not contain free silicon. In its manufacture, high-modulus high-strength carbon fibers are used as reinforcing fibers.

Затем поверх внутренней оболочки формируют герметичное покрытие, совместимое по КЛТР с материалом внутренней оболочки, причем в качестве композиции при формировании герметичного покрытия используют суспензию на основе связующего - раствора органоиттрийоксаналюмооксансилоксана и наполнителя - смеси мелкодисперсных огнеупорных порошков Y2O3, Al2O3, SiO2 или Y2O3, Al2O3, HfO2, SiO2. Формирование покрытия осуществляют путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой, и последующей термообработки при 1600°С, в результате чего образуется герметичное оксидное покрытие.Then, on top of the inner shell, a hermetic coating is formed according to the CTE with the material of the inner shell, and a suspension based on a binder — a solution of organo-yttrium oxoaluminoxoxysiloxane and a filler — a mixture of finely divided refractory powders Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO, is used as a composition when forming a sealed coating 2 or Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , HfO 2 , SiO 2 . The coating is formed by layer-by-layer deposition of a suspension, alternating with drying, and subsequent heat treatment at 1600 ° C, resulting in a sealed oxide coating.

Затем поверх герметичного оксидного покрытия формируют барьерное покрытие, предотвращающее доступ углерода и кремния к герметичному покрытию. В одном из предпочтительных вариантов выполнения способа барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного покрытия, и временного связующего, приклеивая на нее (на композицию) графитовую фольгу.Then, a barrier coating is formed over the sealed oxide coating to prevent carbon and silicon from accessing the sealed coating. In one of the preferred embodiments of the method, a barrier coating is formed on the basis of a composition of ultrafine powder of the compound thermodynamically compatible with the material of the hermetic coating and a temporary binder by gluing graphite foil on it (on the composition).

В другом предпочтительном варианте выполнения способа барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного оксидного покрытия, и поликарбосиланового связующего.In another preferred embodiment of the method, a barrier coating is formed on the basis of a composition of an ultrafine powder of a compound thermodynamically compatible with a sealed oxide coating material and a polycarbosilane binder.

Затем поверх барьерного покрытия изготавливают наружную оболочку из композиционного материала на основе того же типа армирующих волокон, что и композиционный материал внутренней оболочки, т.е. на основе высокомодульных высокопрочных углеродных волокон. Изготовление наружной оболочки осуществляют в следующей последовательности: формируют каркас, пропитывают его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим, формуют углепластиковую заготовку, подвергают ее карбонизации и уплотнению пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности для данного типа материала или уплотняют пироуглеродом до промежуточной плотности, выращивают в порах материала наноуглерод и силицируют парожидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1500°С с последующей выдержкой при температуре 1550-1600°С.Then, on top of the barrier coating, an outer shell is made of a composite material based on the same type of reinforcing fibers as the composite material of the inner shell, i.e. based on high modulus high strength carbon fibers. The manufacture of the outer shell is carried out in the following sequence: they form a framework, impregnate it with a coke-forming and / or polycarbosilane binder, form a carbon-plastic preform, carbonize it and compact it with pyrocarbon using a vacuum isothermal method to the maximum possible density for this type of material or compact it with pyrocarbon to an intermediate density, grow it the pores of the material are carbon nanocarbon and are silicified by the vapor-liquid phase method during mass transfer of silicon to the pores of the material by mechanical prism of capillary condensation of vapor in the range of 1300-1500 ° C, followed by aging at a temperature of 1550-1600 ° C.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения способа (в том варианте, когда барьерное покрытие формируют на основе ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного оксидного покрытия, и поликарбосиланового связующего) при изготовлении наружной оболочки пропитку сформированного каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим проводят, не производя карбонизации и термообработки поликарбосиланового связующего в барьерном покрытии.In one of the preferred embodiments of the method (in the case where the barrier coating is formed on the basis of an ultrafine powder of a compound thermodynamically compatible with the material of the hermetic oxide coating and a polycarbosilane binder) in the manufacture of the outer shell, the formed outer shell frame is impregnated with a coke-forming binder without carbonization and heat treating the polycarbosilane binder in the barrier coating.

Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа. Во всех примерах изготавливаемое изделие представляло собой трубу ∅30×∅50×h 400 мм.The following are examples of specific implementation of the method. In all examples, the manufactured product was a pipe ∅30 × ∅50 × h 400 mm.

Пример 1.Example 1

Одним из известных способов изготовили внутреннюю оболочку ∅30×∅50×h 400 мм из УУКМ на основе каркаса тканепрошивной структуры из высокомодульных углеродных волокон УКН-5000 и углерод-карбидокремниевой матрицы, не содержащей в своем составе свободного кремния (для этого УККМ подвергли нагреву и выдержке при 1800-1850°С в вакууме, что позволило отогнать из него свободный кремний). Затем поверх внутренней оболочки из УККМ сформировали герметичное оксидное покрытие состава Y2O3×AlO3×SiO2. Для его формирования использовали суспензию на основе связующего - толуольного раствора органоиттрийоксаналюмоксасилоксана - и наполнителя - смеси огнеупорных порошков Y2O3, Al2O3, SiO2. One of the known methods produced an inner shell of ∅30 × ∅50 × h 400 mm from UKKM on the basis of a fabric-stitched framework of high-modulus carbon fibers UKN-5000 and a carbon-silicon matrix that does not contain free silicon (for this, the UKKM was heated and holding at 1800-1850 ° C in vacuum, which allowed to drive free silicon from it). Then, a sealed oxide coating of the composition Y 2 O 3 × AlO 3 × SiO 2 was formed over the inner shell from UKKM. For its formation, a suspension was used based on a binder — a toluene solution of organo-yttrium oxanaluminoxoxysiloxane — and a filler — a mixture of refractory powders Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2.

Соотношение компонентов суспензии выбирали таким образом, чтобы материал покрытия имел близкий клтр к материалам внутренней и наружной оболочки (увеличение в композиции содержания SiO2 приводило к уменьшению клтр материала покрытия).The ratio of the components of the suspension was chosen so that the coating material had a close ctr to the materials of the inner and outer shell (an increase in the SiO 2 content in the composition led to a decrease in the ctl of the coating material).

Формирование покрытия осуществляли путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой во влажной атмосфере. В конкретном случае сформировали три слоя покрытия. Затем произвели термообработку покрытия (для его спекания) при температуре 1600°С. В результате получили покрытие указанного выше состава толщиной 0,6-0,9 мм. Затем поверх герметичного оксидного покрытия сформировали барьерное покрытие. Барьерное покрытие сформировали на основе ультрадисперсного порошка карбида кремния (с размером частиц не более 5 мкм) и временного связующего, в качестве которого использовали 4%-ный раствор поливинилового спирта в воде (карбид кремния по крайней мере до температуры 1500°С термодинамически совместим с материалом оксидного покрытия). После высыхания покрытия по нему наклеили (на эту же композицию) графитовую фольгу плотностью ~1,1 г/см3 и толщиной ~0,2 мм.The coating was formed by layer-by-layer application of a suspension, alternating with drying in a humid atmosphere. In a particular case, three coating layers were formed. Then, the coating was heat treated (for sintering) at a temperature of 1600 ° C. As a result, a coating of the above composition with a thickness of 0.6-0.9 mm was obtained. Then, a barrier coating was formed over the sealed oxide coating. The barrier coating was formed on the basis of ultrafine powder of silicon carbide (with a particle size of not more than 5 μm) and a temporary binder, which was used as a 4% solution of polyvinyl alcohol in water (silicon carbide, at least up to a temperature of 1500 ° C, is thermodynamically compatible with the material oxide coating). After drying, the coatings were pasted onto it (onto the same composition) graphite foil with a density of ~ 1.1 g / cm 3 and a thickness of ~ 0.2 mm.

Затем поверх барьерного покрытия изготовили наружную оболочку из УУКМ на основе высокомодульных высокопрочных углеродных волокон марки УКН-5000. Ее изготовление осуществили следующим образом. Вначале поверх барьерного покрытия сформировали каркас тканепрошивной структуры из указанных волокон. Затем каркас пропитали коксообразующим связующим, в качестве которого использовали раствор жидкого бакелита в изопропиловом спирте. После этого произвели формование углепластиковой заготовки.Then, on top of the barrier coating, an outer casing was made of UUKM based on high-modulus high-strength carbon fibers of the UKN-5000 brand. Its manufacture was carried out as follows. First, a framework of a fabric-piercing structure of the indicated fibers was formed over the barrier coating. Then the frame was impregnated with a coke-forming binder, which was used as a solution of liquid bakelite in isopropyl alcohol. After this, the carbon fiber blank was formed.

Углепластиковую заготовку карбонизовали при 850°С в среде азота. Затем заготовку из карбонизованного углепластика уплотнили пироуглеродом изотермическим вакуумным методом при технологических параметрах, обеспечивающих получение УУКМ максимально возможной плотности для данного типа материала. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 25 атм.The carbon fiber preform was carbonized at 850 ° C in nitrogen. Then, the carbonized carbon fiber preform was sealed with pyrocarbon by the isothermal vacuum method at technological parameters that provided the CCM of the maximum possible density for this type of material. As a result of studying the material of the product (from its stock) by optical and x-ray phase methods, changes in the structure and composition of the oxide coating were not detected. Tests for tightness found that the product is tight under pressure up to 25 atm.

Пример 2.Example 2

Изделие изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что барьерное покрытие сформировали с использованием в составе композиции в качестве связующего поликарбосиланового связующего. При этом пропитку каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим произвели, не производя термообработки при 1300°С поликарбосиланового связующего, входящего в состав барьерного покрытия. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 30 атм.The product was manufactured analogously to example 1 with the significant difference that the barrier coating was formed using a polycarbosilane binder as a binder in the composition. At the same time, the casing of the outer shell was impregnated with a coke-forming binder without heat treatment at 1300 ° C of the polycarbosilane binder, which is part of the barrier coating. As a result of studying the material of the product (from its stock) by optical and x-ray phase methods, changes in the structure and composition of the oxide coating were not detected. Tests for tightness established that the product is tight under pressure up to 30 atm.

Пример 3.Example 3

Изделие изготовили аналогично примеру 1, с тем существенным отличием, что при формировании оксидного покрытия в качестве огнеупорных порошков суспензии использовали Y2O3, Al2O3, HfO2, SiO2. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 36 атм.The product was manufactured analogously to example 1, with the significant difference that when forming the oxide coating, Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , HfO 2 , SiO 2 were used as refractory powders of the suspension. As a result of studying the material of the product (from its stock) by optical and x-ray phase methods, changes in the structure and composition of the oxide coating were not detected. Tests for tightness found that the product is tight under pressure up to 36 atm.

Пример 4.Example 4

Изделие изготовили аналогично примеру 2, с тем существенным отличием, что наружную оболочку изготовили из УККМ. Для этого заготовку из карбонизованного углепластика уплотнили пироуглеродом до промежуточной плотности. Затем в порах материала вырастили наноуглерод. Полученную заготовку силицировали парожидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1500°C с последующей выдержкой при 1550-1600°C. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 42 атм.The product was manufactured analogously to example 2, with the significant difference that the outer shell was made of UKKM. For this, a carbonized carbon fiber preform was sealed with pyrocarbon to an intermediate density. Then, nanocarbon was grown in the pores of the material. The resulting preform was siliconized by the vapor-liquid phase method during mass transfer of silicon into the pores of the material by the mechanism of capillary condensation of its vapor in the range 1300-1500 ° C, followed by exposure at 1550-1600 ° C. As a result of studying the material of the product (from its stock) by optical and x-ray phase methods, changes in the structure and composition of the oxide coating were not detected. Tests for tightness found that the product is tight under pressure up to 42 atm.

Пример 5.Example 5

Изделие изготовили аналогично примеру 4, с тем существенным отличием, что при изготовлении наружной оболочки пропитку каркаса произвели поликарбосилановым связующим. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 48 атм.The product was manufactured analogously to example 4, with the significant difference that in the manufacture of the outer shell, the frame was impregnated with a polycarbosilane binder. As a result of studying the material of the product (from its stock) by optical and x-ray phase methods, changes in the structure and composition of the oxide coating were not detected. Tests for tightness found that the product is tight under pressure up to 48 atm.

Пример 6.Example 6

Изделие изготовили аналогично примеру 4 с тем существенным отличием, что при изготовлении наружной оболочки заготовку из карбонизованного углепластика перед уплотнением пироуглеродом пропитали поликарбосилановым связующим и термообработали при 1300°С. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 51 атм.The product was made analogously to example 4 with the significant difference that in the manufacture of the outer shell, the carbonized carbon fiber preform was impregnated with a polycarbosilane binder before being sealed with pyrocarbon and heat treated at 1300 ° C. As a result of studying the material of the product (from its stock) by optical and x-ray phase methods, changes in the structure and composition of the oxide coating were not detected. Tests for tightness found that the product is tight under pressure up to 51 atm.

Пример 7.Example 7

Изделие изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что перед формированием герметичного оксидного покрытия внутреннюю оболочку из УККМ, не содержащего свободного кремния, трехкратно пропитали толуольным раствором органоиттрийоксаналюмоксансилоксана, чередуя с сушкой в термошкафу с влажностью 90%, после чего произвели термообработку при 1600°С. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава герметичного оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 63 атм.The product was manufactured analogously to example 1 with the significant difference that before forming a sealed oxide coating, the inner shell of UKKM, free of free silicon, was impregnated three times with toluene solution of organo-yttrioxane aluminoxane siloxane, alternating with drying in a heat cabinet with a humidity of 90%, after which it was heat treated at 1600 ° C . As a result of the study of the product material (from its stock) by optical and X-ray phase methods, no changes in the structure and composition of the sealed oxide coating were detected. Tests for tightness found that the product is tight under pressure up to 63 atm.

Пример 8.Example 8

Изделие изготовили аналогично примеру 4 с тем существенным отличием, что каркас внутренней и наружной оболочки сформировали на круглоткацкой машине со схемой армирования:The product was manufactured analogously to example 4 with the significant difference that the frame of the inner and outer shell was formed on a circular loom machine with a reinforcement scheme:

- по основе и в перевязке низкомодульная углеродная нить марки Урал-Н (менее прочная, чем высокомодульная нить УКН-5000)- based on and in dressing, the low-modulus carbon thread of the Ural-N brand (less durable than the high-modulus thread of UKN-5000)

- по утку - высокомодульная углеродная нить марки УКН-5000.- for weft - high-modulus carbon thread UKN-5000.

В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 58 атм.As a result of studying the material of the product (from its stock) by optical and x-ray phase methods, changes in the structure and composition of the oxide coating were not detected. Tests for tightness found that the product is tight under pressure up to 58 atm.

Пример 9.Example 9

Изделие изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в композиции для формирования барьерного покрытия в качестве соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного покрытия, использовали диборид циркония в виде ультрадисперсного порошка.The product was manufactured analogously to example 1 with the significant difference that in the composition for forming a barrier coating, zirconium diboride in the form of an ultrafine powder was used as a compound thermodynamically compatible with the material of the hermetic coating.

В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 20 атм.As a result of studying the material of the product (from its stock) by optical and x-ray phase methods, changes in the structure and composition of the oxide coating were not detected. Tests for tightness found that the product is tight under pressure up to 20 bar.

Пример 10.Example 10

Изделие изготовили аналогично примеру 4 с тем существенным отличием, что при силицировании заготовки изотермическую выдержку (после завершения массопереноса кремния в поры материала в интервале 1300-1500°C произвели при 1600-1700°C. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами обнаружено изменение структуры и состава оксидного покрытия, а именно: в его составе образовались силициды соответствующих металлов, а само покрытие имеет трещины. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 1 атм.The product was manufactured analogously to example 4 with the significant difference that when siliconizing the workpiece, isothermal exposure (after the mass transfer of silicon to the pores of the material in the range 1300-1500 ° C was performed at 1600-1700 ° C. As a result of the study of the material of the product (from its stock) optical X-ray diffraction methods revealed a change in the structure and composition of the oxide coating, namely: silicides of the corresponding metals formed in its composition, and the coating itself has cracks. e sealed pressurized to 1 atm.

Таким образом, доказана возможность изготовления герметичных изделий из КМ, армированных высокомодульными, высокопрочными углеродными волокнами, при использовании заявляемого способа.Thus, the possibility of manufacturing sealed products from KM, reinforced with high-modulus, high-strength carbon fibers, using the inventive method is proved.

Claims (4)

1. Способ изготовления герметичных изделий из композиционного материала, включающий изготовление внутренней оболочки из композиционного материала, формирование на ней герметичного покрытия, совместимого по коэффициенту линейного термического расширения с материалом внутренней оболочки, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из композиционного материала на основе того же типа армирующих волокон, что и композиционный материал внутренней оболочки, отличающийся тем, что в качестве армирующих волокон композиционных материалов внутренней и наружной оболочки используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна (по крайней мере в одном из направлений армирования), внутреннюю оболочку изготавливают из углерод-карбидокремниевого композиционного материала, не содержащего свободного кремния, в качестве композиции при формировании герметичного покрытия используют суспензию на основе связующего - раствора органоиттрийоксаналюмоксансилоксана - и наполнителя - смеси мелкодисперсных огнеупорных порошков Al2O3, Y2O3, SiO2 или Al2O3, Y2O3, HfO2, SiO2, формирование покрытия осуществляют путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой, и последующей термообработки при 1600°С, изготовление наружной оболочки производят по сформированному поверх герметичного оксидного покрытия барьерному покрытию, предотвращающему к нему доступ углерода и кремния, и осуществляют изготовление оболочки в следующей последовательности: формируют каркас, пропитывают его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим, формуют углепластиковую заготовку, подвергают ее карбонизации и уплотнению пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности для данного типа материала или уплотняют пироуглеродом до промежуточной плотности, выращивают в порах материала наноуглерод и силицируют парожидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1500°С с последующей выдержкой при температуре 1550-1600°С.1. A method of manufacturing a sealed product made of composite material, including the manufacture of an inner shell of a composite material, the formation of a sealed coating compatible with the coefficient of linear thermal expansion with the material of the inner shell, the manufacture of an outer shell of a composite material based on the same type of reinforcing fibers on top of the coating as the composite material of the inner shell, characterized in that as the reinforcing fibers of the composite materials the inner and outer shells use high-modulus high-strength carbon fibers (in at least one of the directions of reinforcement), the inner shell is made of carbon-carbide-silicon composite material that does not contain free silicon, and a suspension based on a binder - an organo-yttrioxane-aluminum-oxoxane siloxane solution is used as a composition - and filler - a mixture of finely divided refractory powders Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , SiO 2 or Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , HfO 2 , SiO 2 , formation the coatings are carried out by layer-by-layer deposition of a suspension alternating with drying and subsequent heat treatment at 1600 ° C, the outer shell is produced by the barrier coating formed over the sealed oxide coating that prevents carbon and silicon from accessing it, and the shell is fabricated in the following sequence: form the frame impregnated with a coke-forming and / or polycarbosilane binder, forming a carbon-plastic preform, subjecting it to carbonization and pyro-carbon compaction by vacuum isothermal method to the maximum possible density for a given type of material or compacted with pyrocarbon to an intermediate density, nanocarbon is grown in the pores of the material and siliconized by the vapor-liquid phase method by mass transfer of silicon into the pores of the material by the capillary condensation mechanism of its vapor in the range of 1300-1500 ° С with subsequent exposure at a temperature of 1550-1600 ° C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного оксидного покрытия, и временного связующего, приклеивая на нее графитовую фольгу.2. The method according to claim 1, characterized in that the barrier coating is formed on the basis of a composition of ultrafine powder compounds, thermodynamically compatible with the material of the sealed oxide coating, and a temporary binder, gluing graphite foil to it. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного оксидного покрытия, и поликарбосиланового связующего, а пропитку сформированного каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим проводят, не производя термообработки поликарбосиланового связующего.3. The method according to claim 1, characterized in that the barrier coating is formed on the basis of a composition of ultrafine powder of the compound thermodynamically compatible with the material of the hermetic oxide coating and a polycarbosilane binder, and the formed outer shell frame is impregnated with a coke-forming binder without heat treatment of the polycarbosilane binder . 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед формированием герметичного оксидного покрытия внутреннюю оболочку из углерод-карбидокремниевого композиционного материала, не содержащего свободного кремния, двух-трехкратно пропитывают раствором органоиттрийоксаналюмоксансилоксана, чередуя с сушкой, после чего термообрабатывают при 1600°С.4. The method according to claim 1, characterized in that before forming a sealed oxide coating, the inner shell of a carbon-carbide-silicon composite material that does not contain free silicon is impregnated with a solution of organo-yttrioxane aluminoxane siloxane two to three times, alternating with drying, and then heat treated at 1600 ° C.
RU2016126050A 2016-06-28 2016-06-28 Method of producing sealed products from composite materials RU2624707C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126050A RU2624707C1 (en) 2016-06-28 2016-06-28 Method of producing sealed products from composite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126050A RU2624707C1 (en) 2016-06-28 2016-06-28 Method of producing sealed products from composite materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2624707C1 true RU2624707C1 (en) 2017-07-05

Family

ID=59312600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016126050A RU2624707C1 (en) 2016-06-28 2016-06-28 Method of producing sealed products from composite materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624707C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747636C1 (en) * 2019-12-16 2021-05-11 Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Long-sized small diameter thin-walled pipe from carbon-carbon composite material and method of its production
RU2783796C1 (en) * 2021-10-18 2022-11-17 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method for manufacturing hull of high-speed aircraft

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5573985A (en) * 1995-09-18 1996-11-12 Millennium Materials, Inc. Ceramic matrix composites using strengthening agents of silicon borides of the form Si-B-C
RU2471707C2 (en) * 2011-01-20 2013-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет Method of manufacturing hermetic products from carbon-carbon or carbon-silicon carbide composite material
RU2497750C1 (en) * 2012-07-10 2013-11-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of producing hermetic products from carbon-carbon compositional material
RU2543242C2 (en) * 2012-12-11 2015-02-27 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Method of manufacturing hermetic products from carbon-carbidesilicon materials
RU2559407C1 (en) * 2014-07-30 2015-08-10 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Tight item for operation under overpressure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5573985A (en) * 1995-09-18 1996-11-12 Millennium Materials, Inc. Ceramic matrix composites using strengthening agents of silicon borides of the form Si-B-C
RU2471707C2 (en) * 2011-01-20 2013-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет Method of manufacturing hermetic products from carbon-carbon or carbon-silicon carbide composite material
RU2497750C1 (en) * 2012-07-10 2013-11-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of producing hermetic products from carbon-carbon compositional material
RU2543242C2 (en) * 2012-12-11 2015-02-27 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Method of manufacturing hermetic products from carbon-carbidesilicon materials
RU2559407C1 (en) * 2014-07-30 2015-08-10 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Tight item for operation under overpressure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747636C1 (en) * 2019-12-16 2021-05-11 Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Long-sized small diameter thin-walled pipe from carbon-carbon composite material and method of its production
RU2783796C1 (en) * 2021-10-18 2022-11-17 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method for manufacturing hull of high-speed aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105272262B (en) A kind of method of raising SiC/SiC ceramic matric composite consistency
RU2084425C1 (en) Method of manufacturing articles from carbon-silicon carbide composite material and carbon-silicon carbide composite material
US8268393B2 (en) Method of fabricating a friction part out of carbon/carbon composite material
US20090069169A1 (en) Method of making Carbon/Ceramic matrix composites
Naslain Materials design and processing of high temperature ceramic matrix composites: state of the art and future trends
RU2668431C2 (en) Method of fabricating composite parts by low melting point impregnation
JPS5921586A (en) Refractory composite body and manufacture
CN105884389A (en) Preparation method of C/C-SIC composite with low cost and low density gradient
RU2480433C2 (en) Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material
US20170029340A1 (en) Uniformity of fiber spacing in cmc materials
Tong et al. Oxidation behavior of 2D C/SiC composite modified by SiB4 particles in inter-bundle pores
CN108129156A (en) A kind of carbon ceramic composite material and its precursor impregnation preparation method
JP3034084B2 (en) Oxidation resistant carbon fiber reinforced carbon composite material and method for producing the same
RU2624707C1 (en) Method of producing sealed products from composite materials
Kim et al. Mechanical properties of C f/SiC composite using a combined process of chemical vapor infiltration and precursor infiltration pyrolysis
Zhu et al. The fabrication of 2D Cf/SiC composite by a modified PIP process using active Al powders as active filler
RU2641748C2 (en) Leak-tight product of high-temperature composite material, reinforced with long-length fibers, and method of its manufacture
Zhu et al. Fabricating 2.5 D SiCf/SiC composite using polycarbosilane/SiC/Al mixture for matrix derivation
RU2575863C1 (en) Method to manufacture ceramic tube for fuel element shell
CN109095929A (en) A kind of carbon pottery brake disc preparation method
JP2019172503A (en) PRODUCTION PROCESS FOR SiC FIBER REINFORCED SiC COMPOSITE MATERIAL
RU2568660C1 (en) Method of making thin-wall articles from composite material with gradient properties on thickness
Lee et al. Particulate‐Reinforced Precursor‐Derived Si–C–N Ceramics: Optimization of Pyrolysis Atmosphere and Schedules
RU2579161C1 (en) Method of making thin-walled articles from composite material with gradient properties on thickness thereof
RU2684538C1 (en) Carbon-ceramic fiber-reinforced composite material and method for its obtaining