RU2668431C2 - Способ получения деталей из композитного материала путем пропитки композицией с низкой температурой плавления - Google Patents
Способ получения деталей из композитного материала путем пропитки композицией с низкой температурой плавления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668431C2 RU2668431C2 RU2016105679A RU2016105679A RU2668431C2 RU 2668431 C2 RU2668431 C2 RU 2668431C2 RU 2016105679 A RU2016105679 A RU 2016105679A RU 2016105679 A RU2016105679 A RU 2016105679A RU 2668431 C2 RU2668431 C2 RU 2668431C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- preform
- carbon
- boron
- fibers
- impregnating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped 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
- C04B35/56—Shaped 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 carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped 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 carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/573—Shaped 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 carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/62227—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres
- C04B35/62272—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres based on non-oxide ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62844—Coating fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62844—Coating fibres
- C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
- C04B35/6286—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62844—Coating fibres
- C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
- C04B35/62865—Nitrides
- C04B35/62868—Boron nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62844—Coating fibres
- C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
- C04B35/62873—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62844—Coating fibres
- C04B35/62878—Coating fibres with boron or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62884—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents by gas phase techniques
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62894—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents with more than one coating layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62897—Coatings characterised by their thickness
-
- C04B35/806—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3821—Boron carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3839—Refractory metal carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3839—Refractory metal carbides
- C04B2235/3843—Titanium carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
- C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
- C04B2235/405—Iron group metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/421—Boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/428—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
- C04B2235/5244—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
- C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5252—Fibers having a specific pre-form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5252—Fibers having a specific pre-form
- C04B2235/5256—Two-dimensional, e.g. woven structures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/614—Gas infiltration of green bodies or pre-forms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/616—Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения детали из композиционного материала, включающему этапы: получение скрепленной волокнистой заготовки, причем волокна заготовки являются углеродными или керамическими волокнами и покрыты граничной фазой; получение упрочненной и частично уплотненной волокнистой заготовки, причем частичное уплотнение включает образование первой матричной фазы на граничной фазе в результате химической пропитки из паровой фазы, и продолжение уплотнения волокнистой заготовки путем пропитки пропиточной композицией, содержащей по меньшей мере кремний и по меньшей мере один другой элемент, способный снижать температуру плавления пропиточной композиции до значения меньше или равного 1150°C. Пропиточная композиция кроме кремния включает 50-75 мас.% никеля или 89-98 мас.% германия. Технический результат изобретения – исключение разрушения волокон заготовки в процессе изготовления детали. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Предпосылки изобретения
Изобретение относится к пропиточным композициям, использующимся при изготовлении деталей из композиционного материала с керамической или по меньшей мере частично керамической матрицей, называемого ниже CMC-материалом, а также при изготовлении деталей из углерод/углеродного композиционного материала (C/C-материал).
Областью применения изобретения является получение деталей, которые при работе подвергаются действию высоких температур, в частности, в сфере авиации и космонавтики, в частности, деталей для горячих частей авиационных двигателей, при этом подразумевается, что изобретение может применяться и в других областях, например в области промышленных газовых турбин.
Композиционные материалы CMC и C/C обладают хорошими термоструктурными свойствами, т.е., повышенными механическими свойствами, что делает их подходящими для получения деталей несущих конструкций, они обладают также способностью сохранять эти свойства при высоких температурах.
Поэтому применение CMC- или C/C-материалов вместо металлов для получения деталей, испытывающих при работе действие высоких температур, уже рекомендовалось, в том числе и потому, что CMC- и C/C-материалы имеют значительно меньшую плотность, чем металлические материалы, которые они заменяют.
Хорошо известный способ изготовления деталей из CMC-материала состоит в получении заготовки из пластов углеродных волокон или волокон карбида кремния (SiC) и в пропитке заготовки композицией на основе расплавленного кремния, чтобы образовать керамическую матрицу. Такой способ уплотнения известен как процесс MI (от Melt Infiltration, пропитка расплавом). В качестве примера можно сослаться на следующие документы: US 4889686, US 4944904 или US 5015540. Пропиточная композиция состоит в основном из кремния, так как коэффициент теплового расширения этого элемента близок к коэффициенту теплового расширения волокон заготовки. Пропиточная композиция может соответствовать чистому кремнию или сплаву кремния, который обычно содержит небольшое количество одного или нескольких других элементов, таких, как титан, молибден, бор, железо, ниобий и т.д.
Преимуществом уплотнения по способу MI является то, что этот способ более быстрый и более легкий в осуществлении, чем уплотнение путем химической пропитки из паровой фазы (CVI). Однако используемая пропиточная композиция на основе кремния может иметь точку, или температуру, плавления выше, чем температура термической стабильности волокон заготовок (термостойкость). В таких случаях волокна могут разрушаться при проникновении расплавленной композиции в заготовку, что может значительно ухудшить механические свойства волокон.
Цель и сущность изобретения
Целью изобретения является, в частности, разработка способа получения детали из композиционного материала, не имеющего вышеуказанных недостатков.
Эта цель достигается способом получения детали из композиционного материала, включающим этапы:
- получение упрочненной волокнистой заготовки, причем волокна заготовки являются углеродными или керамическими волокнами и покрыты граничной фазой,
- получение упрочненной и частично уплотненной волокнистой заготовки, причем частичное уплотнение включает образование первой матричной фазы на граничной фазе в результате химической пропитки из паровой фазы, и
- продолжение уплотнения волокнистой заготовки путем пропитки пропиточной композицией, содержащей по меньшей мере кремний и по меньшей мере один другой элемент, способный снижать температуру плавления пропиточной до значения меньше или равного 1150°C.
Действительно, добавляя к кремнию элемент, позволяющий иметь пропиточную композицию с температурой плавления меньше или равной 1150°C, получают пропиточную композицию, которая остается в диапазоне температуры термостойкости большинства волокон, в частности, керамических волокон, которые используются для армирования волокнами CMC-материала. Таким образом, предлагаемый изобретением способ получения детали из композиционного материала с применением способа уплотнения типа MI может быть осуществлен без риска повреждения волокон заготовки.
В первом аспекте способа по изобретению пропиточная композиция включает никель, причем весовая доля никеля в указанной композиции лежит в диапазоне от 50% до 75%. При содержании никеля в диапазоне 50-75% в добавлении к кремнию получают пропиточную композицию, температура плавления которой меньше или равна 1150°C.
Во втором аспекте способа по изобретению пропиточная композиция включает германий, причем весовая доля германия в указанной композиции лежит в диапазоне от 89% до 98%. При содержании по меньшей мере 89% германия в добавление к кремнию получают пропиточную композицию, температура плавления которой меньше или равна 1150°C.
В третьем аспекте способа по изобретению пропиточная композиция включает, помимо элемента, способного снижать температуру плавления пропиточной композиции до значения, меньше или равного 1150°C, менее 10% (весовые проценты) по меньшей мере одного из следующих элементов: алюминий и бор. Добавление по меньшей мере одного из этих компонентов позволяет улучшить дезоксидацию и/или смачиваемость пропиточной композиции на основании для обработки, а также придать особые свойства обработанному материалу, такие, как лучшая способность сопротивляться окислению и коррозии.
В четвертом аспекте способа по изобретению волокнистая заготовка сделана из углеродных волокон или волокон карбида кремния (SiC).
В пятом аспекте способа по изобретению волокнистая заготовка сформирована в виде волокнистой структуры, выполненная как единая деталь путем трехмерного или многослойного тканья или исходя из множества двумерных пластов волокон.
В шестом аспекте способа по изобретению промежуточная фаза образована из по меньшей мере одного слоя одного из следующих материалов: пиролитический углерод (PyC), углерод, легированный бором (BC), и нитрид бора (BN).
В данном случае классической функцией граничной фазы из PyC, BC или BN является обеспечить уменьшение хрупкости композиционного материала благодаря пластинчатой структуре PyC, BC или BN, которая помогает отклонить трещины, достигшие граничной фазы после распространения по матрице, тем самым предотвращая или замедляя разрыв волокон такими трещинами.
Под "углеродом, легированным бором", или "BC", понимается композиция, содержащая от 5 до 20 атомных процентов (ат.%) B, остальное углерод. Такая композиция имеет турбостратную структуру, то есть структуру, в которой существует разориентация наложенных друг на друга пластин, что благоприятно для функции снижения хрупкости.
В седьмом аспекте способа по изобретению первая матричная фаза содержит по меньшей мере один слой материала, выбранного из по меньшей мере одного из следующих материалов: самовосстанавливающийся материал, нитрид кремния (Si3N4) и карбид кремния (SiC). Самовосстанавливающийся материал выбран из тройной системы Si-B-C и карбида бора B4C.
Первый слой матрицы может содержать несколько слоев самовосстанавливающегося материала, чередующихся с одним или несколькими слоями материала, выбранного из пиролитического углерода (PyC), углерода, легированного бором (BC), и керамического материала, который не содержит бора.
В одном варианте осуществления способа первая матричная фаза образована с единственным слоем самовосстанавливающегося материала или с несколькими слоями самовосстанавливающегося материала и включает по меньшей мере один слой керамического материала, не содержащего бора, причем указанный слой сформирован на единственном или на последнем слое самовосстанавливающегося материала.
Указанный слой керамического материала, не содержащего бора, может иметь толщину не менее 500 нанометров.
Указанный слой керамического материала, не содержащего бора, может состоять из карбида кремния (SiC) или же из нитрида кремния (Si3N4).
В восьмом аспекте способа по изобретению после частичного уплотнения волокнистой заготовки и перед уплотнением волокнистой заготовки путем пропитки пропиточной композицией способ включает этап модификации системы пор в волокнистой заготовке, причем модификацию осуществляют путем любой одной из следующих обработок:
- диспергирование в заготовке порошка по меньшей мере одного из следующих материалов: карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si3N4), углерод (C), бор (B), карбид бора (B4C) и карбид титана (TiC);
-·введение в заготовку керамической или углеродной фазы путем пропитки указанной заготовки полимером, и пиролиз указанного полимера;
- введение в заготовку углеродной или керамической пены путем пропитки указанной заготовки полимером, и пиролиз указанного полимера.
Краткое описание чертежа
Изобретение станет более понятным при изучении нижеследующего описания, приводимого для сведения, но не в качестве ограничения, с обращением к чертежу, который показывает последовательные этапы способа получения детали из CMC-материала в одном варианте осуществления изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления
Изобретение предлагает способ получения деталей из композиционных материалов, в частности из термоструктурированных композиционных материалов с керамической матрицей (CMC), т.е. материалов, образованных из арматуры из углеродных или керамических волокон, уплотненной матрицей, которая по меньшей мере частично является керамической, а также из термоструктурированных углерод/углеродных (C/C) композиционных материалов, т.е. материалов, образованных из армирующих углеродных волокон, уплотненных углеродной матрицей.
Предлагаемый изобретением способ получения отличается тем, что в нем используется пропиточная композиция, температура плавления которой ниже, чем температура плавления пропиточных композиций на основе кремния, которые обычно применяются для уплотнения волокнистых заготовок. Более конкретно, пропиточная композиция, используемая в изобретении, позволяет пропитать волокнистые заготовки расплавленной композицией при температуре ниже, чем температура термостабильности волокон (термостойкость), т.е. при достаточно низкой температуре, чтобы избежать любого ухудшения механических свойств волокнистой заготовки во время ее пропитки, как это имеет место, в частности, в случае волокон SiC первого поколения. Согласно изобретению, волокнистая заготовка пропитывается пропиточной композицией, которая плавится при температуре меньше или равной 1150°C.
С этой целью пропиточная композиция содержит, наряду с кремнием, по меньшей мере один другой элемент, способный снижать температуру, или точку, плавления композиции до значения, меньше или равного 1150°C. Этого снижения температуры плавления пропиточной композиции можно достичь, в частности, добавляя к кремнию никель (Ni) или германий (Ge). Более точно, при добавлении никеля пропиточная композиция содержит от 50% до 75% (весовых процентов) никеля, что позволяет получить температуру плавления в диапазоне от 1000°C (пропиточная композиция, содержащая 50% Si и 50% Ni) до 1150°C (пропиточная композиция, содержащая 25% Si и 75% Ni). При добавлении германия пропиточная композиция содержит от 89% до 98% германия, что позволяет получить температуру плавления в диапазоне от 1000°C (пропиточная композиция, содержащая 2% Si и 98% Ge) до 1150°C (пропиточная композиция, содержащая 11% Si и 89% Ge). Таким образом, добавляя в кремний никель в содержании от 50% до 75% или добавляя в кремний по меньшей мере 89% германия, получают кремниевый сплав, температура плавления которого меньше или равна 1150°C, то есть она ниже температуры термостойкости волокон карбида кремния (SiC) (ниже обозначаемых как SiC-волокна), как, например, SiC-волокна первого поколения типа Tyranno ZMI®, Tyranno Lox-M®, или Nicalon®.
Кроме более низкой температуры плавления, пропиточная композиция обладает всеми другими свойствами, необходимыми для получения композиционного материала хорошего качества. В частности, пропиточная композиция химически совместима с элементами, присутствующими в заготовке, подлежащей пропитке. Пропиточная композиция имеет также хорошую стойкость к окислительным или коррозионным средам и отличные долговременные характеристики.
Пропиточная композиция может также содержать менее 10% (весовые проценты) по меньшей мере одного из следующих элементов: алюминий и бор. Добавление по меньшей мере одного из этих компонентов позволяет улучшить дезоксидацию и/или смачиваемость пропиточной композиции на основании для обработки, а также придать особые свойства обработанному материалу, такие, как улучшенная стойкость к окислению и коррозии.
Ниже с обращением к чертежу будет описан первый вариант осуществления CMC-материала в соответствии со способом согласно изобретению.
Первый этап 10 состоит в получении волокнистой структуры, из которой будет изготавливаться волокнистая заготовка с формой, близкой к форме детали, которую требуется получить. Такая волокнистая структура может быть получена из нитей или бечевы путем многослойного или трехмерного тканья. Можно также начать с двумерных волокнистых текстур, таких, как текстильная ткань или слои нитей или бечевы, чтобы образовать пласты, которые позднее обкладывают вокруг формообразующего устройства и, возможно, соединяют друг с другом, например, путем сшивки или введения нитей.
Волокна, образующие волокнистую структуру, предпочтительно являются керамическими волокнами, например, волокнами, состоящими по существу из карбида кремния SiC (ниже называемыми SiC-волокнами), или из нитрида кремния Si3N4. Можно, в частности, использовать SiC-волокна, выпускаемые в продажу под наименованиями Tyranno ZMI, Tyranno Lox-M и Tyranno SA3 японской фирмой Ube Industries, Ltd, или волокна Nicalon, Hi-Nicalon и Hi-Nicalon(S), выпускаемые в продажу японской фирмой Nippon Carbon. Как вариант, можно использовать углеродные волокна.
Как известно, в случае керамических волокон, в частности волокон SiC, до образования межфазного покрытия предпочтительно проводится обработка поверхности волокон (этап 20), чтобы удалить шлихту и поверхностный оксидный слой, такой как оксид кремния SiO2, присутствующий на волокнах.
Этап 30 состоит в придании формы волокнистой структуре с помощью соответствующего оборудования, чтобы получить заготовку, форма которой близка к форме детали, которую требуется изготовить.
Когда заготовка удерживается в формующем оборудовании, например, из графита, на волокнах заготовки методом CVI образуют граничную фазу, снижающую хрупкость, эта граничная фаза состоит, в частности, из пиролитического углерода (PyC) или нитрида бора (BN), или углерода, легированного бором (BC), содержащим 5-20 ат.% бора, остальное углерод (этап 40). Толщина граничной фазы PyC или BC предпочтительно составляет от 10 нм до 1000 нм.
Затем (этап 50) методом CVI формируют первую матричную фазу, причем матрица может содержать по меньшей мере один слой самовосстанавливающегося материала. Можно выбрать самовосстанавливающийся материал, содержащий бор, например, тройную систему Si-B-C или карбид бора B4C, которые способны в присутствии кислорода образовать стекло боросиликатного типа, обладающее самовосстанавливающимися свойствами. Толщина первой матричной фазы составляет не менее 500 нм, предпочтительно она лежит в интервале от 1 мкм до 30 мкм.
Первая матричная фаза может содержать единственный слой самовосстанавливающегося материала или несколько слоев разных самовосстанавливающихся материалов. Можно также образовать первую матричную фазу из нескольких слоев самовосстанавливающегося материала, чередующихся со слоями PyC, или BC, или керамического материала, не содержащего бора, такого, например, как SiC или нитрид кремния Si3N4.
Слой керамического материала, не содержащего бора, например, SiC или Si3N4, формируют на слое самовосстанавливающегося материала, когда первая матричная фаза содержит всего один слой самовосстанавливающегося материала, или на последнем слое самовосстанавливающегося материала, когда первая матричная фаза содержит несколько слоев самовосстанавливающегося материала, чтобы образовать барьер от реакции между самовосстанавливающимся материалом и вводимым позднее расплавленным кремнием или жидкой композицией на основе кремния.
Толщина этого слоя керамического материала, образующего барьер от реакции, может составлять не менее 500 нм, типично она в интервале от одного до нескольких микрон. Помимо SiC или Si3N4, для образования барьера от реакции можно использовать и другие керамические материалы, которые не содержат бора, например, огнеупорные карбиды, такие, как ZrC или HfC.
Суммарная толщина граничной фазы и первой матричной фазы выбирается достаточно большой, чтобы скрепить волокнистую заготовку, т.е., чтобы в достаточной мере соединить друг с другом волокна заготовки, чтобы с заготовкой можно было манипулировать, сохраняя ее форму, без помощи зажимных приспособлений. Эта толщина может составлять по меньшей мере 500 нм. После скрепления заготовка остается пористой, и, например, ее исходные поры могут быть заполнены граничной фазой и первой матричной фазой лишь в малой степени.
Получение покрытий из PyC, BC, B4C, Si-B-C, Si3N4, BN и SiC с применением метода CVI известно. Можно сослаться, в частности, на документы US 5246736, US 5738951, US 5965266, US 6068930 и US 6284358.
Следует отметить, что этап образования граничной фазы на волокнах волокнистой структуры методом CVI может быть осуществлен до придания ей формы, при условии, что граничная фаза является достаточно тонкой, чтобы избежать влияния на желаемую деформируемость волокнистой структуры.
Скрепленную пористую заготовку удаляют из устройства формообразования, чтобы продолжить уплотнение способом типа MI, включающим модификацию поровой системы заготовки и пропитку заготовки пропиточной композицией.
Модификацию системы пор заготовки (этап 60) осуществляют путем одной из следующих обработок:
- диспергирование в заготовке порошка по меньшей мере одного из следующих материалов: карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si3N4), углерод (C), бор (B), карбид бора (B4C) и карбид титана (TiC);
- введение в заготовку керамической или углеродной фазы путем пропитки указанной заготовки полимером и пиролиз указанного полимера;
- введение в заготовку углеродной или керамической пены путем пропитки указанной заготовки полимером и пиролиз указанного полимера.
В описываемом здесь примере модификацию системы пор заготовки проводят путем диспергирования порошка с использованием пропиточной композиции. Пропиточная композиция может быть шликером, содержащим порошок, суспендированный в жидком носителе, например, воде. Порошок может быть задержан в заготовке в результате фильтрации или декантации, возможно с помощью аспирации. Предпочтительно использовать порошок из частиц со средним размером менее 5 мкм.
После сушки получают скрепленную заготовку, в порах которой диспергированы углеродный и/или керамический порошок.
Уплотнение продолжают (этап 70) путем пропитки заготовки пропиточной композицией, в настоящем примере композицией, содержащей (в весовых процентах) 46% кремния и 54% никеля, при этом композиция плавится при температуре около 1000°C. Пропитку проводят в неокислительной атмосфере, предпочтительно при пониженном давлении.
В случае, когда ранее введенный порошок состоит из углерода, или если материал содержит доступную углеродную фазу, и в случае присутствия остаточного углерода от смолы, использовавшейся для пропитки скрепленной заготовки, кремний реагирует с углеродом, образуя карбид кремния SiC. В случае, когда ранее введенный порошок является керамическим, в частности состоит из карбида, нитрида или силицида, а также в случае наличия остаточной керамики от смолы, использовавшейся для пропитки скрепленной заготовки, получают матрицу, частично состоящую из кремния, связывающую керамический порошок. Во всех случаях матрица является преимущественно керамической.
Claims (17)
1. Способ получения детали из композиционного материала, причем способ включает этапы:
- получения упрочненной волокнистой заготовки, причем волокна заготовки являются углеродными или керамическими волокнами и покрыты граничной фазой,
- получения упрочненной и частично уплотненной волокнистой заготовки, причем частичное уплотнение включает образование первой матричной фазы на граничной фазе в результате химической пропитки из паровой фазы, и
- продолжения процесса уплотнения волокнистой заготовки путем пропитки пропиточной композицией, содержащей по меньшей мере кремний и по меньшей мере один другой элемент, способный снижать температуру плавления пропиточной композиции до значения меньше или равного 1150°C.
2. Способ по п.1, где пропиточная композиция включает никель, и массовая доля никеля в указанной композиции составляет от 50% до 75%.
3. Способ по п.1, где пропиточная композиция включает германий, где массовая доля германия в указанной композиции составляет от 89% до 98%.
4. Способ по п.2, где пропиточная композиция, наряду с указанным элементом, способным снижать температуру плавления пропиточной композиции до значения меньше или равного 1150°C, включает менее 10 мас.% по меньшей мере одного из следующих элементов: алюминий и бор.
5. Способ по п.1, где волокнистая заготовка сделана из углеродных волокон или волокон карбида кремния (SiC).
6. Способ п. 1, где волокнистая заготовка сформирована в виде волокнистой структуры, выполненной как неразъемная деталь путем трехмерного или многослойного тканья или из нескольких двумерных пластов волокон.
7. Способ по п.1, где граничная фаза сформирована из по меньшей мере одного слоя одного из следующих материалов: пиролитический углерод (PyC), углерод, легированный бором (BC), и нитрид бора (BN).
8. Способ по п.7, где первая матричная фаза содержит по меньшей мере один слой материала, выбранного из по меньшей мере одного из следующих материалов: самовосстанавливающийся материал, нитрид кремния (Si3N4) и карбид кремния (SiC).
9. Способ по п.8, где первая матричная фаза содержит по меньшей мере один слой самовосстанавливающегося материала, выбранного из тройной системы Si-B-C и карбида бора B4C.
10. Способ по п.1, где первая матричная фаза содержит несколько слоев самовосстанавливающегося материала, чередующихся с одним или несколькими слоями материала, выбранного из пиролитического углерода (PyC), углерода, легированного бором (BC), и керамического материала, не содержащего бора.
11. Способ по п.1, который включает после частичного уплотнения волокнистой заготовки и перед уплотнением волокнистой заготовки путем пропитки пропиточной композицией этап модификации поровой системы волокнистой заготовки, осуществляемый путем одной из следующих обработок:
- диспергирования в заготовке порошка по меньшей мере одного из следующих материалов: карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si3N4), углерод (C), бор (B), карбид бора (B4C) и карбид титана (TiC);
- введения в заготовку керамической или углеродной фазы путем пропитки указанной заготовки полимером и пиролиз указанного полимера;
- введение в заготовку углеродной или керамической пены путем пропитки указанной заготовки полимером и пиролиз указанного полимера.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1357238A FR3008968B1 (fr) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Procede de fabrication de pieces en materiau composite par impregnation a basse temperature de fusion |
FR1357238 | 2013-07-23 | ||
PCT/FR2014/051821 WO2015011371A1 (fr) | 2013-07-23 | 2014-07-15 | Procédé de fabrication de pièces en matériau composite par imprégnation a basse température de fusion |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016105679A RU2016105679A (ru) | 2017-08-29 |
RU2668431C2 true RU2668431C2 (ru) | 2018-10-01 |
Family
ID=49753292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016105679A RU2668431C2 (ru) | 2013-07-23 | 2014-07-15 | Способ получения деталей из композитного материала путем пропитки композицией с низкой температурой плавления |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10011902B1 (ru) |
EP (1) | EP3024801B1 (ru) |
JP (1) | JP2016527173A (ru) |
CN (1) | CN105408288A (ru) |
BR (1) | BR112016001230A2 (ru) |
CA (1) | CA2919590A1 (ru) |
FR (1) | FR3008968B1 (ru) |
RU (1) | RU2668431C2 (ru) |
WO (1) | WO2015011371A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2780174C1 (ru) * | 2021-07-02 | 2022-09-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ изготовления двумерно армированного углерод-карбидного композиционного материала на основе углеродного волокнистого наполнителя со смешанной углерод-карбидной матрицей |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3045598B1 (fr) | 2015-12-21 | 2018-01-12 | Centre National De La Recherche Scientifique | Procede de fabrication d'une ceramique a partir d'une reaction chimique |
EP3505502A4 (en) * | 2016-08-25 | 2020-03-25 | IHI Corporation | CERAMIC-BASED COMPOSITE MATERIAL AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
US9931818B1 (en) | 2017-04-05 | 2018-04-03 | General Electric Company | Method for forming CMC article |
FR3080373B1 (fr) * | 2018-04-19 | 2020-05-08 | Safran Ceramics | Procede de fabrication d'une piece en materiau composite |
US11897816B2 (en) * | 2018-05-15 | 2024-02-13 | Safran | Method for manufacturing a CMC part |
CN109095929B (zh) * | 2018-08-28 | 2021-06-08 | 北京天宜上佳高新材料股份有限公司 | 一种碳陶刹车盘制备方法 |
US20220055955A1 (en) * | 2020-08-19 | 2022-02-24 | Rolls-Royce High Temperature Composites Inc. | Method of making a ceramic matrix composite that exhibits moisture and environmental resistance |
FR3115295B1 (fr) * | 2020-10-16 | 2023-05-12 | Safran Ceram | Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice métallique renforcée avec des fibres courtes en SiC |
CN112457020B (zh) * | 2020-11-23 | 2022-04-12 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种多功能超高温陶瓷基复合材料及其制备方法 |
FR3133624B1 (fr) | 2022-03-21 | 2024-03-15 | Safran Ceram | Installation de densification mixte de préformes poreuses |
US20240044260A1 (en) * | 2022-08-05 | 2024-02-08 | Raytheon Technologies Corporation | Ceramic matrix composite article and method of making the same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001007377A1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-01 | M Cubed Technologies, Inc. | Silicon carbide composites and methods for making same |
RU2184715C2 (ru) * | 1997-03-21 | 2002-07-10 | Сгл Карбон Аг | Армированный волокном композиционный керамический материал и способ его изготовления |
RU2194683C2 (ru) * | 2001-01-09 | 2002-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Способ изготовления изделий из силицированного углеродного композиционного материала с переменным содержанием карбида кремния |
US20060169404A1 (en) * | 2003-02-17 | 2006-08-03 | Jacques Thebault | Method of siliconising thermostructural composite materials and parts thus produced |
FR2983193A1 (fr) * | 2011-11-30 | 2013-05-31 | Snecma Propulsion Solide | Procede de fabrication de piece en materiau cmc |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5015540A (en) | 1987-06-01 | 1991-05-14 | General Electric Company | Fiber-containing composite |
US4944904A (en) | 1987-06-25 | 1990-07-31 | General Electric Company | Method of obtaining a fiber-containing composite |
US4889686A (en) | 1989-02-17 | 1989-12-26 | General Electric Company | Composite containing coated fibrous material |
FR2668477B1 (fr) | 1990-10-26 | 1993-10-22 | Propulsion Ste Europeenne | Materiau composite refractaire protege contre la corrosion, et procede pour son elaboration. |
FR2710635B1 (fr) | 1993-09-27 | 1996-02-09 | Europ Propulsion | Procédé de fabrication d'un matériau composite à interphase lamellaire entre fibres de renfort et matrice, et matériau tel qu'obtenu par le procédé. |
FR2732338B1 (fr) | 1995-03-28 | 1997-06-13 | Europ Propulsion | Materiau composite protege contre l'oxydation par matrice auto-cicatrisante et son procede de fabrication |
FR2741063B1 (fr) * | 1995-11-14 | 1998-02-13 | Europ Propulsion | Procede pour l'introduction dans des substrats poreux d'une composition en fusion a base de silicium |
FR2742433B1 (fr) | 1995-12-14 | 1998-03-13 | Europ Propulsion | Materiaux composites thermostructuraux avec renforts en fibres carbone ou revetues de carbone, ayant une resistance accrue a l'oxydation |
FR2757848B1 (fr) | 1996-12-27 | 1999-03-26 | Europ Propulsion | Preformes fibreuses gainees d'un revetement bn original, composites les incorporant et leurs preparations |
US7378362B2 (en) * | 2000-09-29 | 2008-05-27 | Goodrich Corporation | Boron carbide based ceramic matrix composites |
FR2869609B1 (fr) | 2004-05-03 | 2006-07-28 | Snecma Propulsion Solide Sa | Procede de fabrication d'une piece en materiau composite thermostructural |
FR2939430B1 (fr) * | 2008-12-04 | 2011-01-07 | Snecma Propulsion Solide | Procede pour le lissage de la surface d'une piece en materiau cmc |
US8714932B2 (en) * | 2008-12-31 | 2014-05-06 | General Electric Company | Ceramic matrix composite blade having integral platform structures and methods of fabrication |
JP2011011922A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Hitachi Chem Co Ltd | カーボン/シリコンカーバイド系複合材料 |
US20120076927A1 (en) * | 2010-02-01 | 2012-03-29 | United States Government As Represented By The Secretary Of The Army | Method of improving the thermo-mechanical properties of fiber-reinforced silicon carbide matrix composites |
US8980435B2 (en) * | 2011-10-04 | 2015-03-17 | General Electric Company | CMC component, power generation system and method of forming a CMC component |
US9523149B2 (en) * | 2013-03-14 | 2016-12-20 | Rolls-Royce Corporation | Rapid ceramic matrix composite production method |
-
2013
- 2013-07-23 FR FR1357238A patent/FR3008968B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2014
- 2014-07-15 EP EP14750567.1A patent/EP3024801B1/fr active Active
- 2014-07-15 JP JP2016528574A patent/JP2016527173A/ja active Pending
- 2014-07-15 CN CN201480041907.0A patent/CN105408288A/zh active Pending
- 2014-07-15 CA CA2919590A patent/CA2919590A1/fr not_active Abandoned
- 2014-07-15 WO PCT/FR2014/051821 patent/WO2015011371A1/fr active Application Filing
- 2014-07-15 BR BR112016001230A patent/BR112016001230A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2014-07-15 RU RU2016105679A patent/RU2668431C2/ru active
- 2014-07-15 US US14/906,959 patent/US10011902B1/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2184715C2 (ru) * | 1997-03-21 | 2002-07-10 | Сгл Карбон Аг | Армированный волокном композиционный керамический материал и способ его изготовления |
WO2001007377A1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-01 | M Cubed Technologies, Inc. | Silicon carbide composites and methods for making same |
RU2194683C2 (ru) * | 2001-01-09 | 2002-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Способ изготовления изделий из силицированного углеродного композиционного материала с переменным содержанием карбида кремния |
US20060169404A1 (en) * | 2003-02-17 | 2006-08-03 | Jacques Thebault | Method of siliconising thermostructural composite materials and parts thus produced |
FR2983193A1 (fr) * | 2011-11-30 | 2013-05-31 | Snecma Propulsion Solide | Procede de fabrication de piece en materiau cmc |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2780174C1 (ru) * | 2021-07-02 | 2022-09-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ изготовления двумерно армированного углерод-карбидного композиционного материала на основе углеродного волокнистого наполнителя со смешанной углерод-карбидной матрицей |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3024801A1 (fr) | 2016-06-01 |
FR3008968A1 (fr) | 2015-01-30 |
JP2016527173A (ja) | 2016-09-08 |
FR3008968B1 (fr) | 2016-12-09 |
BR112016001230A2 (pt) | 2017-09-05 |
WO2015011371A1 (fr) | 2015-01-29 |
CA2919590A1 (fr) | 2015-01-29 |
US10011902B1 (en) | 2018-07-03 |
CN105408288A (zh) | 2016-03-16 |
EP3024801B1 (fr) | 2019-09-25 |
RU2016105679A (ru) | 2017-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2668431C2 (ru) | Способ получения деталей из композитного материала путем пропитки композицией с низкой температурой плавления | |
JP6155439B2 (ja) | Cmc材料製の部品の製造方法 | |
JP5117862B2 (ja) | セラミックマトリックス複合部材の製造方法 | |
US9611180B2 (en) | Method for manufacturing a part made of CMC | |
CN104010992A (zh) | 制造陶瓷基质复合材料的方法和由此形成的陶瓷基质复合材料 | |
US20210292245A1 (en) | Method for manufacturing a part made from cmc | |
JP2007535461A (ja) | 炭素繊維強化のセラミックの複合体の製造方法 | |
Zhao et al. | Construction of sandwich-structured C/C-SiC and C/C-SiC-ZrC composites with good mechanical and anti-ablation properties | |
US20140272373A1 (en) | Ceramic matrix composite and method and article of manufacture | |
EP2210868B1 (en) | Composite material | |
CN108602724B (zh) | 一种用陶瓷基质复合材料制造部件的方法 | |
EP2578556B1 (en) | Method and ceramic component | |
CN109415269A (zh) | 一种由陶瓷基质复合材料制造部件的方法 | |
JPH0769748A (ja) | 炭素繊維強化セラミックス複合材料の製造方法 | |
CN109476552B (zh) | 复合材料部件 | |
CN114230347A (zh) | 连续纤维增强ZrC/SiC复合零件的制备方法及产品 | |
CA3049204C (en) | Melt infiltration with siga and/or siin alloys | |
JP2013112561A (ja) | 平滑表面を有するセラミックス基複合部材およびその製造方法 | |
JP2001048665A (ja) | セラミックス基繊維複合材料およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |