RU2716323C9 - Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation - Google Patents

Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation Download PDF

Info

Publication number
RU2716323C9
RU2716323C9 RU2019119055A RU2019119055A RU2716323C9 RU 2716323 C9 RU2716323 C9 RU 2716323C9 RU 2019119055 A RU2019119055 A RU 2019119055A RU 2019119055 A RU2019119055 A RU 2019119055A RU 2716323 C9 RU2716323 C9 RU 2716323C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
workpiece
carbon
temperature
pores
Prior art date
Application number
RU2019119055A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2716323C1 (en
Inventor
Игорь Лазаревич Синани
Вячеслав Максимович Бушуев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority to RU2019119055A priority Critical patent/RU2716323C9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2716323C1 publication Critical patent/RU2716323C1/en
Publication of RU2716323C9 publication Critical patent/RU2716323C9/en

Links

Classifications

    • 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
    • C04B35/515Shaped 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
    • C04B35/56Shaped 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
    • C04B35/565Shaped 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
    • C04B35/573Shaped 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
    • 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
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62222Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic coatings
    • 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
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/65Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C04B35/806
    • 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
    • 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
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5042Zirconium oxides or zirconates; Hafnium oxides or hafnates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to methods of protecting carbon-containing materials from oxidation and to protection against oxidation of large-size articles. According to the method, workpiece from porous carbon-containing composite material is subjected to preliminary silicification by liquid-phase method at heating to 1,650–1,750 °C at pressure in reactor 600–760 mm Hg in argon using silicon nitride as precursor of liquid silicon. Remaining non-carbidized silicon is distilled in vacuum at 1,800–1,850 °C. Silicisation and distillation of free silicon from the pores of the material are carried out in a single process. Then high-porous carbon is formed in pores of billet material using one of known methods, preferably, by growing nanocarbon in form of particles, fibers or tubes. Thereafter, on billet surface formed a slurry coating based on diborides of refractory metals and chemically active to silicon component(s): nanodispersed carbon, molybdenum carbides (MoC and Mo2C) or Mo5Si3, or a mixture of carbon with molybdenum with particle size of up to 5 mcm. Final siliconisation is carried out using vapor-liquid-phase method. Coating based on oxides of refractory metals is formed over obtained coating.
EFFECT: high reliability of protecting carbon-containing materials of large-size articles from oxidation at temperatures of 2,000 °C and higher while simultaneously increasing reproducibility of the obtained results.
1 cl, 4 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к способам защиты углеродсодержащих материалов от окисления и касается защиты от окисления крупногабаритных изделий,The invention relates to methods for protecting carbon-containing materials from oxidation and for protection against oxidation of large-sized items,

Известно множество способов защиты углеродсодержащих материалов крупногабаритных изделий от окисления путем их силицирования, например, [1) патент SU №1834839, кл. CO1B 31/02, 1993 г.; 2) патент RU №2468991; 3) патент RU №2084425, 1997 г. и другие].There are many methods of protecting carbon-containing materials of large-sized products from oxidation by siliconizing them, for example, [1) patent SU No. 1834839, class. CO1B 31/02, 1993; 2) patent RU No. 2468991; 3) patent RU No. 2084425, 1997 and others].

Указанные способы не обеспечивают возможность длительной эксплуатации материалов в условиях окислительной среды и высокотемпературного воздействия.These methods do not provide the possibility of long-term operation of materials in an oxidizing environment and high-temperature exposure.

Наиболее близким к заявляемому является способ защиты углеродсодержащих материалов крупногабаритных изделий от окисления, включающий формирование на заготовке изделия из пористого углеродсодержащего композиционного материала шликерного покрытия на основе диборидов тугоплавких металлов и химически активного к кремнию компонента(ов) и силицирование материалов заготовки и шликерного покрытия парофазным методом [патент РФ №2082694, 1997 г.].Closest to the claimed is a method of protecting carbon-containing materials of large-sized products from oxidation, including the formation of a slip coating on the workpiece from a porous carbon-containing composite material based on refractory metal diborides and a component (s) reactive to silicon and siliconizing the workpiece materials and slip coating by the vapor-phase method [ RF patent No. 2082694, 1997].

Способ обеспечивает более надежную защиту углеродсодержащего композиционного материала крупногабаритных изделий от окисления за счет формирования окислительностойких покрытий. Тем не менее защита от окисления при температурах ≥2000°C была бы еще более надежной не будь в материалах изделия и покрытия свободного кремния и будь покрытие еще более окислительностойким. Кроме того, недостатком способа является его плохая воспроизводимость из-за нестабильных результатов силицирования парофазным методом. Это также является причиной снижения надежности защиты материала изделия от окисления.The method provides more reliable protection of the carbon-containing composite material of large-sized items from oxidation due to the formation of oxidation-resistant coatings. Nevertheless, protection against oxidation at temperatures ≥2000 ° C would be even more reliable if there were no free silicon in the materials of the product and the coating and if the coating were even more oxidation resistant. In addition, the disadvantage of this method is its poor reproducibility due to unstable results of siliconization by the vapor-phase method. This is also the reason for the decrease in the reliability of protection of the product material from oxidation.

Задачей изобретения является повышение надежности защиты углеродсодержащих материалов крупногабаритных изделий от окисления при температурах 2000°С и более при одновременном повышении воспроизводимости получаемых результатов.The objective of the invention is to improve the reliability of the protection of carbon-containing materials of large-sized items from oxidation at temperatures of 2000 ° C or more, while increasing the reproducibility of the results obtained.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе защиты углеродсодержащих композиционных материалов крупногабаритных изделий от окисления, включающем формирование на заготовке из пористого углеродсодержащего композиционного материала шликерного покрытия на основе диборидов тугоплавких металлов и химически активного к кремнию композита(ов), силицирование материалов заготовки и шликерного покрытия паро-жидкофазным методом, в соответствии с заявляемым техническим решением поверх полученного после силицирования покрытия формируют оксидное покрытие на основе тугоплавких окислов; перед формированием шликерного покрытия на основе диборидов тугоплавких металлов производят предварительное силицирование заготовки из пористого углеродсодержащего композиционного материала жидкофазным методом при нагреве до 1650-1750°С при давлении в реакторе 600-760 мм рт. ст. в аргоне с использованием в качестве прекурсора жидкого кремния нитрида кремния, отгоняют из материала свободный кремний в вакууме при температуре 1800-1850°С, осуществляя предварительное силицирование и отгонку свободного кремния в едином технологическом процессе, формируют в порах материала заготовки высокопористый углерод и только после этого, сформировав шликерное покрытие, производят окончательное силицирование; при этом при формировании шликерного покрытия в качестве активного компонента(ов) используют либо нанодисперсный углерод, либо мелкодисперсные карбиды молибдена МоС и Мо2С или низший силицид молибдена Mo5Si3, или смесь углерода с молибденом с размером частиц не более 5 мкм при минимально возможном их содержании в шликерной композиции, достаточном лишь для полного химического связывания кремния, а окончательное силицирование паро-жидкофазным методом производят при первоначальном введении кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров в интервале температур 1300-1600°С на заготовке при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки соответственно на 100-10 градусов с последующем нагревом заготовки до 1700-1850°С и охлаждением при температуре заготовки, превышающей температуру паров кремния.The problem is solved due to the fact that in the method of protecting carbon-containing composite materials of large-sized products from oxidation, including the formation of a slip coating on a workpiece from a porous carbon-containing composite material based on refractory metal diborides and a composite (s) chemically active to silicon, siliconizing the workpiece and slip materials coatings by the vapor-liquid-phase method, in accordance with the claimed technical solution, an oxide coating based on refractory oxides is formed over the coating obtained after siliconizing; Before the formation of a slip coating based on diborides of refractory metals, preliminary siliconization of the workpiece from a porous carbon-containing composite material is carried out by the liquid-phase method when heated to 1650-1750 ° C at a pressure in the reactor of 600-760 mm Hg. Art. in argon using silicon nitride as a precursor of liquid silicon, free silicon is distilled out of the material in vacuum at a temperature of 1800-1850 ° C, carrying out preliminary siliconization and distillation of free silicon in a single technological process, high-porous carbon is formed in the pores of the workpiece material and only after that having formed a slip coating, the final siliconizing is carried out; at the same time, when forming a slip coating, either nanodispersed carbon, or finely dispersed molybdenum carbides MoC and Mo 2 C, or lower molybdenum silicide Mo 5 Si 3 , or a mixture of carbon with molybdenum with a particle size of no more than 5 microns, is used as an active component (s) their possible content in the slip composition, sufficient only for the complete chemical bonding of silicon, and the final siliconizing by the vapor-liquid phase method is performed with the initial introduction of silicon into the pores of the material by capillary condensation of its vapors in the temperature range 1300-1600 ° C on the workpiece at the temperature of silicon vapor, exceeding the temperature of the workpiece, respectively, by 100-10 degrees, followed by heating the workpiece to 1700-1850 ° C and cooling at a workpiece temperature exceeding the temperature of silicon vapor.

Кроме того, формирование пористого углерода в порах материала осуществляют путем выращивания наноуглерода в форме частиц, волокон или трубок.In addition, the formation of porous carbon in the pores of the material is carried out by growing nanocarbon in the form of particles, fibers or tubes.

Формирование поверх полученного после силицирования покрытия оксидного покрытия на основе тугоплавких окислов позволяет снизить тепловую нагрузку на материал изделия, а также защитить нижерасположенное покрытие от прямого воздействия высокотемпературного окислительного потока.The formation of an oxide coating based on refractory oxides on top of the coating obtained after siliconizing allows to reduce the thermal load on the product material, as well as to protect the underlying coating from the direct effect of a high-temperature oxidative flow.

Проведение перед формированием шликерного покрытия на основе диборидов тугоплавких металлов предварительного силицирования заготовки из пористого углеродсодержащего композиционного материала жидкофазным методом при нагреве до 1650-1750°С при давлении 600-760 мм рт. ст. в аргоне с использованием нитрида кремния в качестве прекурсора жидкого кремния с последующей отгонкой свободного кремния, позволяет получить достаточно стабильные результаты по степени и равномерности силицирования на этой стадии и тем самым создать предпосылки для получения стабильных результатов на стадии окончательного силицирования.Prior to the formation of a slip coating based on diborides of refractory metals, preliminary siliconizing of a workpiece from a porous carbon-containing composite material by a liquid-phase method when heated to 1650-1750 ° C at a pressure of 600-760 mm Hg. Art. in argon using silicon nitride as a precursor of liquid silicon, followed by distillation of free silicon, makes it possible to obtain fairly stable results in terms of the degree and uniformity of siliconizing at this stage and thereby create the prerequisites for obtaining stable results at the final siliconizing stage.

Кроме того, создаются условия для формирования в порах (из которых выпотел свободный кремний; а это прежде всего - крупные поры) вторичного углерода для превращения его при окончательном силицировании в карбид кремния.In addition, conditions are created for the formation of secondary carbon in the pores (from which free silicon has sweated out; and these are, first of all, large pores) for its transformation into silicon carbide during the final siliconization.

Кроме того, при отгонке свободного кремния из пор он удаляется и с поверхности заготовки, что создает благоприятные условия для формирования шликерного покрытия на основе диборидов. При температуре ниже 1650°С и давлении 600-760 мм рт. ст. нитрид кремния еще не разлагается с образованием жидкого кремния. При давлении ниже 600 мм рт. ст. возрастает вероятность карбидизации частиц нитрида кремния в шликерном покрытии под воздействием углеродсодержащих реакторных газов, скорость диффузии которых возрастает при уменьшении давления в реакторе. Проведение нагрева при давлении более 760 мм рт. ст., а также при температуре более 1750°С и давлении 600-760 мм рт. ст. нецелесообразно, т.к. приводит к необоснованному увеличению тепловой нагрузки на водоохлаждаемые токоподводы установки для силицирования. При температуре ниже 1800°С свободный кремний не выпотевает из пор. Нагрев выше 1850°С не целесообразен, т.к. возрастает тепловая нагрузка на токоподводы.In addition, during the distillation of free silicon from the pores, it is also removed from the surface of the workpiece, which creates favorable conditions for the formation of a slip coating based on diborides. At temperatures below 1650 ° C and a pressure of 600-760 mm Hg. Art. silicon nitride has not yet decomposed to form liquid silicon. At a pressure below 600 mm Hg. Art. the probability of carbidization of silicon nitride particles in the slip coating increases under the influence of carbon-containing reactor gases, the diffusion rate of which increases with decreasing pressure in the reactor. Carrying out heating at a pressure of more than 760 mm Hg. Art., as well as at a temperature of more than 1750 ° C and a pressure of 600-760 mm Hg. Art. impractical because leads to an unreasonable increase in the thermal load on the water-cooled current leads of the siliconizing installation. At temperatures below 1800 ° C, free silicon does not sweat out of the pores. Heating above 1850 ° C is not advisable, because the thermal load on the current leads increases.

Осуществление предварительного силицирования углеродсодержащего композиционного материала и отгонки свободного кремния в едином технологическом процессе позволяет наиболее полно удалить его с поверхности заготовки, т.к. сокращается время контакта его с углеродсодержащими реакторными газами благодаря чему он не успевает науглеродиться и карбидизоваться. Кроме того, это позволяет упростить способ.Carrying out preliminary siliconizing of the carbon-containing composite material and distillation of free silicon in a single technological process makes it possible to most completely remove it from the surface of the workpiece, because the time of its contact with carbon-containing reactor gases is reduced, due to which it does not have time to carbonize and carbidize. It also allows for a simplified method.

Формирование (после отгонки свободного кремния) в порах материала заготовки высокопористого углерода позволяет уменьшить размеры пор и тем самым уменьшить в материале содержание свободного кремния за счет уменьшения количества кремния, входящего в каждую отдельную пору на стадии окончательного силицирования.The formation (after distillation of free silicon) in the pores of the preform material of highly porous carbon makes it possible to reduce the pore size and thereby reduce the content of free silicon in the material by reducing the amount of silicon entering each individual pore at the stage of final siliconizing.

Формирование (в предпочтительном варианте выполнения способа) пористого углерода путем выращивания наноуглерода в форме частиц, волокон или трубок позволяет наиболее полно перевести его в карбид кремния.Formation (in a preferred embodiment of the method) of porous carbon by growing nanocarbon in the form of particles, fibers or tubes allows it to be most completely converted into silicon carbide.

Использование при формировании шликерного покрытия на основе диборидов тугоплавких металлов и активного к кремнию компонента(ов) в качестве последнего либо нанодисперсного углерода, либо мелкодисперсных карбидов молибдена МоС и Mo2C или низшего силицида молибдена Mo5Si3, или смеси углерода с молибденом с размером частиц не более 5 мкм позволяет получить шликерное покрытие с размерами пор, не превышающими 2,5 мкм. Содержание активных к кремнию компонентов в композиции в минимально возможном их количестве, достаточном лишь для полного химического связывания кремния, создает условия для перевода практически всего входящего в поры материала кремния в соответствующее тугоплавкое соединение на стадии окончательного силицирования. В то же время в результате окончательного силицирования получают материал барьерного покрытия с большим содержанием в нем диборида тугоплавкого металла, что позволяет придать материалу покрытия высокую окислительную стойкость с сохранением барьерной функции (исключения химического взаимодействия между материалом заготовки и оксидным покрытием).The use in the formation of a slip coating based on diborides of refractory metals and a component (s) active to silicon as the latter, either nanodispersed carbon, or finely dispersed molybdenum carbides MoC and Mo 2 C or lower molybdenum silicide Mo 5 Si 3 , or a mixture of carbon with molybdenum with a size particles no more than 5 microns allows you to get a slip coating with pore sizes not exceeding 2.5 microns. The content of components active to silicon in the composition in the minimum possible amount, sufficient only for complete chemical bonding of silicon, creates conditions for the conversion of almost all silicon material entering the pores into the corresponding refractory compound at the stage of final siliconization. At the same time, as a result of final siliconizing, a barrier coating material is obtained with a high content of refractory metal diboride in it, which makes it possible to impart high oxidation resistance to the coating material while maintaining the barrier function (excluding chemical interaction between the workpiece material and the oxide coating).

Осуществление при окончательном силицировании заготовки первоначального введения кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1600°С на заготовке при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки соответственно на 100-10 градусов позволяет ввести его в сколь угодно мелкие поры. Тем самым в совокупности с наличием в материале таких пор и образованием их активными к нему компонентами, взятыми в указанном выше количестве, создаются условия для перевода практически всего кремния в тугоплавкие соединения.During the final siliconizing of the workpiece, the initial introduction of silicon into the pores of the material by capillary condensation of its vapors in the range of 1300-1600 ° C on the workpiece at a silicon vapor temperature exceeding the temperature of the workpiece by 100-10 degrees, respectively, allows it to be introduced into arbitrarily small pores. Thus, in conjunction with the presence of such pores in the material and their formation by active components to it, taken in the above amount, conditions are created for the conversion of almost all silicon into refractory compounds.

При температуре ниже 1300°С велика вероятность образования твердого конденсата паров кремния на поверхности шликерного покрытия, следствием чего является невозможность введения кремния в поры материала заготовки и шликерного покрытия.At temperatures below 1300 ° C, there is a high probability of the formation of a solid condensate of silicon vapor on the surface of the slip coating, which results in the impossibility of introducing silicon into the pores of the workpiece material and the slip coating.

При температуре выше 1600°С увеличивается вероятность образования жидкого конденсата паров кремния на поверхности шликерного покрытия, следствием чего является разъедание шликерного покрытия и невозможность качественной пропитки им пор материала заготовки и шликерного покрытия (Известно, что жидкий кремний не затекает в поры размером менее 3 мкм).At temperatures above 1600 ° C, the likelihood of the formation of liquid silicon vapor condensate on the surface of the slip coating increases, which results in the corrosion of the slip coating and the impossibility of high-quality impregnation of the pores of the workpiece material and slip coating (It is known that liquid silicon does not flow into pores less than 3 microns in size) ...

При температуре заготовки 1300°С и температуре паров кремния ниже 1400°С (т.е. при разнице температур между парами кремния и заготовкой менее 100 градусов) мала скорость конденсации паров кремния, что приводит к необоснованному удлинению процесса.At a workpiece temperature of 1300 ° C and a silicon vapor temperature below 1400 ° C (i.e., when the temperature difference between silicon vapor and the workpiece is less than 100 degrees), the condensation rate of silicon vapor is low, which leads to an unjustified lengthening of the process.

При температуре заготовки 1600°С и температуре паров кремния более 1610°С (т.е. при разнице температур между парами кремния и заготовкой более 10 градусов) чрезмерно вырастает скорость конденсации паров кремния, что приводит к вымыванию шликерного покрытия.At a workpiece temperature of 1600 ° C and a silicon vapor temperature of more than 1610 ° C (i.e., when the temperature difference between silicon vapor and the workpiece is more than 10 degrees), the condensation rate of silicon vapor increases excessively, which leads to washout of the slip coating.

Благодаря отсутствию свободного кремния в барьерном покрытии исключается вероятность деградации свойств оксидного покрытия в результате их химического взаимодействия с кремнием. Тем самым сохраняется его (окислительного покрытия) высокая окислительная стойкость и теплоизолирующие свойства по отношению к материалу изделия. Последнее обстоятельство позволяет снизить температуру на углеродкарбидокремниевом композиционном материале и обеспечить тем самым работу при температуре газового потока ≥2000°С. Следует также отметить, что осуществить введение кремния в мелкие поры при паро-жидкофазном методе силицирования гораздо проще, чем в более крупные поры, что работает на повышение воспроизводимости получаемых результатов.Due to the absence of free silicon in the barrier coating, the possibility of degradation of the properties of the oxide coating as a result of their chemical interaction with silicon is excluded. Thus, its (oxidizing coating) high oxidation resistance and heat-insulating properties in relation to the product material are preserved. The latter circumstance makes it possible to reduce the temperature on the carbon-silicon-carbide composite material and thereby ensure operation at a gas flow temperature of ≥2000 ° C. It should also be noted that it is much easier to introduce silicon into small pores using the vapor-liquid-phase siliconizing method than into larger pores, which works to increase the reproducibility of the results.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения возникает новое свойство: способность к более эффективной защите УУКМ крупногабаритных изделий от окисления при температурах 2000°С и более, а также способность повысить вероятность получения материалов изделия и барьерного покрытия с воспроизводимым компонентным составом.In the new set of essential features, the subject of the invention has a new property: the ability to more efficiently protect CCCM of large-sized items from oxidation at temperatures of 2000 ° C or more, as well as the ability to increase the likelihood of obtaining materials for the item and a barrier coating with a reproducible component composition.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: повышается надежность защиты углеродсодержащих материалов крупногабаритных изделий от окисления при температурах 2000°С и более при одновременном повышении воспроизводимости получаемых результатов.Thanks to the new property, the task is solved, namely: the reliability of the protection of carbon-containing materials of large-sized items from oxidation at temperatures of 2000 ° C and more is increased, while the reproducibility of the results obtained is increased.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

Заготовку из пористого углеродсодержащего композиционного материала подвергают предварительному силицированию жидкофазным методом при нагреве до 1650-1750°С при давлении в реакторе 600-760 мм рт.ст. в аргоне с использованием нитрида кремния в качестве прекурсора жидкого кремния. Оставшийся некарбидизованным (в основном в крупных порах) кремний отгоняют в вакууме при температуре 1800-1850°С. Операции сиицирования и отгонки свободного кремния из пор материала осуществляют в едином технологическом процессе. Затем в порах материала заготовки одним из известных методов формируют высокопористый углерод.A workpiece made of a porous carbon-containing composite material is subjected to preliminary siliconization by the liquid-phase method when heated to 1650-1750 ° C at a pressure in the reactor of 600-760 mm Hg. in argon using silicon nitride as a precursor of liquid silicon. Remaining non-carbidized (mainly in large pores) silicon is distilled off in vacuum at a temperature of 1800-1850 ° C. The operations of siliconizing and stripping free silicon from the pores of the material are carried out in a single technological process. Then, highly porous carbon is formed in the pores of the workpiece material by one of the known methods.

В предпочтительном варианте выполнения способа формирование пористого углерода в порах материала осуществляют путем выращивания наноуглерода в форме частиц, волокон или трубок. После этого на поверхности заготовки формируют шликерное покрытие на основе диборидов тугоплавких металлов и химически активного к кремнию компонента(ов). При этом в качестве последнего(их) используют либо нанодисперсный углерод, либо карбиды молибдена (МоС и Мо2С) или низший силицид молибдена Mo5Si3, или смесь углерода с молибденом с размером частиц до 5 мкм при минимально возможном их содержании в шликерной композиции, достаточном лишь для полного химического связывания кремния.In a preferred embodiment of the method, the formation of porous carbon in the pores of the material is carried out by growing nanocarbon in the form of particles, fibers or tubes. After that, a slip coating is formed on the surface of the workpiece based on diborides of refractory metals and a component (s) reactive to silicon. In this case, either nanodispersed carbon, or molybdenum carbides (MoC and Mo 2 C) or lower molybdenum silicide Mo 5 Si 3 , or a mixture of carbon with molybdenum with a particle size of up to 5 μm with their minimum possible content in the slip composition sufficient only for complete chemical bonding of silicon.

Затем производят окончательное силицирование паро-жидкофазным методом. При этом окончательное введение кремния в поры материалов заготовки и шликерного покрытия осуществляют путем капиллярной конденсации его паров в интервале температур 1300-1600°С на заготовке при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки соответственно на 100-10 градусов. После этого поверх полученного покрытия формируют покрытие на основе оксидов тугоплавких металлов. Способ поясняется приведенными ниже примерами его конкретного выполнения.Then the final siliconizing is carried out by the vapor-liquid phase method. In this case, the final introduction of silicon into the pores of the workpiece materials and slip coating is carried out by capillary condensation of its vapors in the temperature range of 1300-1600 ° C on the workpiece at a silicon vapor temperature exceeding the workpiece temperature by 100-10 degrees, respectively. Thereafter, a coating based on refractory metal oxides is formed on top of the resulting coating. The method is illustrated by the following examples of its specific implementation.

Во всех примерах изготавливаемое изделие представляло собой пластину размером 120×360×6-8 мм.In all examples, the product to be manufactured was a 120 x 360 x 6-8 mm plate.

Для каждого из примеров изготавливали по 2 пластины.For each of the examples, 2 plates were made.

Пример 1Example 1

На поверхности заготовки из пористого углеродсодержащего композиционного материала (а именно: КМ на основе каркаса из углеродной ткани марки УТ-900 и коксопироуглеродной матрицы, имеющего плотность 1,45 г/см3 и открытую пористость 9,7%) сформировали шликерное покрытие на основе композиции из нитрида кремния (прекурсора жидкого кремния) и временного связующего, а именно: 8% водного раствора поливинилового спирта (ПВС) в количестве 50% от веса заготовки. Затем произвели нагрев заготовки со сформированным шликерным покрытием до температуры 1750°С при давлении в реакторе 720 мм рт. ст. в аргоне. При достижении температуры 1750°С и давлении в реакторе 720 мм рт.ст. нитрид кремния разлагается с образованием жидкого кремния в количестве 100% от стехиометрического (т.е. в количестве 34:140 ~ 0,6 от веса нитрида кремния в шликерном покрытии). При этом происходит объемная пропитка материала заготовки жидким кремнием параллельно с его карбидизацией, а избыток жидкого кремния стекает.On the surface of a workpiece made of a porous carbon-containing composite material (namely: CM based on a frame made of UT-900 carbon fabric and a coke-pyrocarbon matrix having a density of 1.45 g / cm 3 and an open porosity of 9.7%), a slip coating was formed based on the composition from silicon nitride (precursor of liquid silicon) and a temporary binder, namely: 8% aqueous solution of polyvinyl alcohol (PVA) in the amount of 50% by weight of the workpiece. Then the billet with the formed slip coating was heated to a temperature of 1750 ° C at a pressure in the reactor of 720 mm Hg. Art. in argon. When the temperature reaches 1750 ° C and the pressure in the reactor is 720 mm Hg. silicon nitride decomposes to form liquid silicon in an amount of 100% of stoichiometric (i.e., in an amount of 34: 140 ~ 0.6 by weight of silicon nitride in a slip coating). In this case, bulk impregnation of the workpiece material with liquid silicon occurs in parallel with its carbidization, and the excess of liquid silicon flows down.

Затем произвели нагрев заготовки до температуры 1800°С в вакууме с последующей выдержкой при 1800-1850°С в течение 2-х часов. В этот период завершается карбидизация кремния и отгонка его с поверхности заготовки и из крупных пор материала.Then the workpiece was heated to a temperature of 1800 ° C in a vacuum, followed by holding at 1800-1850 ° C for 2 hours. During this period, silicon carbidization and distillation from the surface of the workpiece and from the large pores of the material are completed.

Экспериментально установлено, что наиболее стабильные результаты по силицированию крупногабаритных изделий из УУКМ дает описанный выше жидкофазный метод в сравнении с паро-жидкофазным. Поэтому применение для предварительного силицирования жидкофазного метода позволяет получать воспроизводимые от процесса к процессу результаты.It has been experimentally established that the most stable results on the siliconization of large-sized items from CCCM are obtained by the above-described liquid-phase method in comparison with the vapor-liquid phase. Therefore, the use of the liquid-phase method for preliminary siliconization makes it possible to obtain reproducible results from process to process.

В результате предварительного силицирования и отгонки свободного кремния из крупных пор получили углерод-карбидокремниевый материал (УККМ) плотностью 1,70 г/см3 и открытой пористостью 4,4%, в котором содержание общего и свободного кремния составило соответственно 14,7 и 0,6 вес. %.As a result of preliminary siliconizing and distillation of free silicon from large pores, a carbon-silicon carbide material (CCCM) with a density of 1.70 g / cm 3 and an open porosity of 4.4% was obtained, in which the content of total and free silicon was 14.7 and 0, respectively. 6 wt. %.

Из одной пластины вырезали 5 образцов ∅30×δ 6 мм для проведения последующих операций (эти образцы предназначались для проведения на них испытаний на окислительную стойкость). Оставшуюся часть материала пластины использовали для определения кажущейся плотности и открытой пористости материала, а также для определения в нем свободного кремния.From one plate, 5 samples of ∅30 × δ 6 mm were cut out for subsequent operations (these samples were intended for testing for oxidation resistance on them). The rest of the wafer material was used to determine the apparent density and open porosity of the material, as well as to determine free silicon in it.

Затем в порах заготовки и образцов ∅30×δ 6 мм из УККМ сформировали высокопористый углерод путем выращивания в них наноуглеродных волокон газофазным каталитическим методом. В результате получили прирост плотности материала на 0,07 г/см3.Then, highly porous carbon was formed in the pores of the workpiece and specimens из30 × δ 6 mm from CCCM by growing nanocarbon fibers in them by the gas-phase catalytic method. The result was an increase in the density of the material by 0.07 g / cm 3 .

После этого на поверхности заготовки и образцов сформировали шликерное покрытие на основе порошков диборида циркония и карбида молибдена МоС с размером частиц 1-5 мкм. При этом содержание карбида молибдена в композиции составило 32 вес. %. Толщина покрытия составила ~300 мкм.After that, a slip coating was formed on the surface of the workpiece and samples based on powders of zirconium diboride and molybdenum carbide MoC with a particle size of 1-5 μm. The content of molybdenum carbide in the composition was 32 wt. %. The coating thickness was ~ 300 μm.

Затем произвели окончательное силицирование материалов образцов и шликерного покрытия паро-жидкофазным методом. Для этого заготовку с образцами и тигли с кремнием установили в квазизамкнутый объем реторты. При этом тигли с кремнием сконсолидировали в нижней части реторты для обеспечения их дополнительного подогрева донным нагревателем, имеющим автономный источник питания. Первоначальное введение кремния в поры материалов заготовки с образцами и шликерного покрытия осуществили путем капиллярной конденсации его паров в интервале температур на заготовке и образцах 1300-1600°С. Для этого тигли с кремнием во время нагрева заготовки и образцов с 1300 до 1600°С нагревали до температуры, превышающей температуру заготовки на 100-10 градусов соответственно. В этот период происходило заполнение пор материала заготовки с образцами и шликерного покрытия кремнием параллельно с его карбидизацией в материале заготовки (и образцов) и преобразованием в силициды молибдена и карбид кремния - в материале шликерного покрытия.Then made the final siliconization of the materials of the samples and slip coating by the vapor-liquid phase method. For this, a blank with samples and crucibles with silicon were installed in a quasi-closed volume of the retort. In this case, the crucibles with silicon were consolidated in the lower part of the retort to provide them with additional heating with a bottom heater with an autonomous power source. The initial introduction of silicon into the pores of the workpiece materials with the samples and the slip coating was carried out by capillary condensation of its vapors in the temperature range on the workpiece and samples of 1300-1600 ° C. For this, crucibles with silicon during heating of the workpiece and samples from 1300 to 1600 ° C were heated to a temperature exceeding the temperature of the workpiece by 100-10 degrees, respectively. During this period, the pores of the workpiece material with samples and the slip coating were filled with silicon in parallel with its carbidization in the workpiece material (and samples) and transformation into molybdenum silicides and silicon carbide in the slip coating material.

Затем произвели нагрев заготовки и образцов до 1850°С, что сопровождалось завершением взаимодействия кремния с углеродом и карбидом молибдена.Then the workpiece and specimens were heated to 1850 ° C, which was accompanied by the completion of the interaction of silicon with carbon and molybdenum carbide.

В результате рентгенофазового анализа материала покрытия установили наличие следующих фаз: ZrB2, SiC, MoSi2, Mo5Si3. Наличие свободного кремния не установлено.As a result of X-ray phase analysis of the coating material, the presence of the following phases was established: ZrB 2 , SiC, MoSi 2 , Mo 5 Si 3 . The presence of free silicon has not been established.

После этого поверх образовавшегося барьерного покрытия сформировали оксидное покрытие на основе стабилизированной окисью иттрия двуокиси циркония и алюмооксанового полимера.Thereafter, an oxide coating based on yttria-stabilized zirconia and aluminoxane polymer was formed over the formed barrier coating.

Пример 2Example 2

Изделие и образцы ∅30×δ 6 мм изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в качестве активного компонента в шликерном покрытии на основе диборида циркония использовали наноуглеродные частицы в количестве, достаточном для полного связывания кремния. Для этого рассчитали объем пор шликерного покрытия и умножили его на плотность кремния. Достаточное для связывания кремния количество наноуглерода составило 8,7 вес. %.The product and samples ∅30 × δ 6 mm were made analogously to example 1 with the significant difference that nanocarbon particles were used as an active component in a slip coating based on zirconium diboride in an amount sufficient for complete bonding of silicon. For this, the pore volume of the slip coating was calculated and multiplied by the silicon density. The amount of nanocarbon sufficient for silicon binding was 8.7 wt. %.

Пример 3Example 3

Изделие и образцы ∅30×δ 6 мм изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в качестве активного компонента в шликерном покрытии на основе диборида циркония использовали смесь углерода с молибденом с размером частиц 1-5 мкм в следующем весовом соотношении ZrB2:Mo:C=80:15:5, обеспечивающем полное расходование кремния благодаря возможности взаимодействия с молибденом с образованием высших и низших силицидов молибдена, не обладающих в отличие от карбида кремния свойством оказывать противодействие диффузии кремния к молибдену.The product and samples ∅30 × δ 6 mm were made analogously to example 1 with the significant difference that a mixture of carbon with molybdenum with a particle size of 1-5 μm was used as an active component in a slip coating based on zirconium diboride in the following weight ratio ZrB 2 : Mo : C = 80: 15: 5, which ensures the complete consumption of silicon due to the possibility of interaction with molybdenum with the formation of higher and lower molybdenum silicides, which, unlike silicon carbide, do not have the property of opposing the diffusion of silicon to molybdenum.

В результате рентгенофазового анализа материала покрытия установили наличие следующих фаз: ZrB2, MoSi2, Mo5Si3, SiC, Mo5Si3C. Наличие свободного кремния не установлено.As a result of X-ray phase analysis of the coating material, the presence of the following phases was established: ZrB 2 , MoSi 2 , Mo 5 Si 3 , SiC, Mo 5 Si 3 C. The presence of free silicon was not established.

Пример 4Example 4

Изделие и образцы ∅30×δ 6 мм изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в качестве диборида металла использовали диборид гафния (HfB2).The product and samples ∅30 × δ 6 mm were made analogously to example 1 with the significant difference that hafnium diboride (HfB 2 ) was used as the metal diboride.

Остальные примеры 5, 6 конкретного выполнения способа, включая выше рассмотренные 1-4, приведены в таблице 1. Здесь же приведены пример 7 изготовления изделия в соответствии со способом-прототипом, а также пример 8 изготовления изделия из УККМ с оксидным покрытием того же состава, что и в примерах 1-6, характеризующимся тем, что и сам УККМ, и барьерное покрытие содержали в своем составе свободный кремний.The remaining examples 5, 6 of a specific implementation of the method, including those discussed above 1-4, are shown in table 1. Here are also example 7 of manufacturing an article in accordance with the prototype method, as well as example 8 of manufacturing an article from CCCM with an oxide coating of the same composition, as in examples 1-6, characterized in that both the CCCM itself and the barrier coating contained free silicon in their composition.

В таблице 1 приведены только те примеры (имеются в виду примеры 1-6), изготовление изделий в соответствии с которыми производилось в полном соответствии с заявляемым способом.Table 1 shows only those examples (meaning examples 1-6), the manufacture of products in accordance with which was carried out in full accordance with the claimed method.

В таблице не приведены примеры изготовления изделий с отклонением от заявляемых пределов, касающихся технологических параметров процесса окончательного силицирования, т.к. сформированное на изделиях и образцах ∅30×δ 6 мм барьерное покрытие было некачественным. Так, при температуре заготовки (при первоначальном введении кремния в поры материала) ниже 1300°С покрытие просто-напросто осыпалось с заготовки. При температуре заготовки выше 1600°С, а также при температуре, равной 1600°С и разнице температур между парами кремния и заготовкой более 10 градусов, покрытие имело размывы в виде борозд на всю его толщину.The table does not show examples of the manufacture of products with a deviation from the declared limits concerning the technological parameters of the final siliconizing process, since formed on products and specimens ∅30 × δ 6 mm barrier coating was of poor quality. So, at the temperature of the workpiece (at the initial introduction of silicon into the pores of the material) below 1300 ° C, the coating simply fell off the workpiece. At a workpiece temperature above 1600 ° C, as well as at a temperature of 1600 ° C and a temperature difference between silicon vapor and a workpiece of more than 10 degrees, the coating had erosion in the form of furrows throughout its entire thickness.

В таблице 2 приведены результаты испытаний образцов ∅30×δ 6 мм на окислительную стойкость.Table 2 shows the results of testing specimens ∅30 × δ 6 mm for oxidation resistance.

Испытания образцов с разработанной защитой от окисления проводили в индукционной установке при температуре 2000°С в течение 30 минут в условиях естественной конвекции воздуха в открытой атмосфере. Критерием оценки качества защиты материала от окисления являлась убыль массы образца за время испытаний.Tests of samples with the developed protection against oxidation were carried out in an induction installation at a temperature of 2000 ° C for 30 minutes under conditions of natural air convection in an open atmosphere. The criterion for assessing the quality of protection of the material from oxidation was the decrease in the sample weight during the tests.

Из таблицы 1 видно, что изготовление изделий с защитой от окисления, выполненной в соответствии с заявляемым способом, позволяет перевести УУКМ в УККМ достаточно высокой плотности с содержанием карбида кремния 30-31,4 вес. % (исходя из содержания общего кремния 21,0-22,0%) при отсутствии в нем свободного кремния, а также получить барьерное (между УККМ изделия и оксидным покрытием) покрытие, не содержащее в своем составе свободного кремния. Выполнение защиты от окисления в соответствии со способом-прототипом не обеспечивает такую возможность.Table 1 shows that the manufacture of products with protection against oxidation, made in accordance with the inventive method, allows you to transfer CCCM to CCCM of a sufficiently high density with a silicon carbide content of 30-31.4 wt. % (based on the total silicon content of 21.0-22.0%) in the absence of free silicon in it, as well as to obtain a barrier (between the UKCM product and the oxide coating) coating that does not contain free silicon. The implementation of protection against oxidation in accordance with the prototype method does not provide such a possibility.

Из таблицы 2 видно, что защита от окисления, выполненная в соответствии с заявляемым способом, является более эффективной в сравнении с защитой, выполненной по способу-прототипу (сравни примеры 1-6 с примером 7), что обусловлено как отсутствием в материале изделия и материале барьерного покрытия свободного кремния, так и наличием дополнительного оксидного покрытия.From table 2 it can be seen that the protection against oxidation, made in accordance with the claimed method, is more effective in comparison with the protection made according to the prototype method (compare examples 1-6 with example 7), which is due to both the absence in the material of the product and material barrier coating of free silicon, and the presence of an additional oxide coating.

Выполнение защиты от окисления с оксидным покрытием, но при наличии в УККМ и материале барьерного покрытия свободного кремния, приводит к снижению ее эффективности (сравни примеры 1-6 с примером 8).Performing protection against oxidation with an oxide coating, but in the presence of free silicon in the CCCM and the material of the barrier coating, leads to a decrease in its effectiveness (compare examples 1-6 with example 8).

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (2)

1. Способ защиты углеродсодержащих композиционных материалов крупногабаритных изделий от окисления, включающий формирование на заготовке из пористого углеродсодержащего композиционного материала шликерного покрытия на основе диборидов тугоплавких металлов и химически активного к кремнию компонента(ов), силицирование материалов заготовки и шликерного покрытия паро-жидкофазным методом, отличающийся тем, что поверх полученного после силицирования покрытия формируют оксидное покрытие на основе тугоплавких окислов; причем перед формированием шликерного покрытия на основе диборидов тугоплавких металлов производят предварительное силицирование заготовки из пористого углеродсодержащего композиционного материала жидкофазным методом при нагреве до 1650-1750°С при давлении в реакторе 600-760 мм рт.ст. в аргоне с использованием в качестве прекурсора жидкого кремния нитрида кремния, отгоняют из материала свободный кремний в вакууме при температуре 1800-1850°С, осуществляя предварительное силицирование и отгонку свободного кремния в едином технологическом процессе, формируют в порах материала заготовки высокопористый углерод и только после этого, сформировав шликерное покрытие, производят окончательное силицирование; при этом при формировании шликерного покрытия в качестве активного компонента(ов) используют либо нанодисперсный углерод, либо мелкодисперсные карбиды молибдена МоС и Мо2С или низший силицид молибдена Mo5Si3, или смесь углерода с молибденом с размером частиц не более 5 мкм при минимально возможном их содержании в шликерной композиции, достаточном лишь для полного химического связывания кремния, а окончательное силицирование паро-жидкофазным методом производят при первоначальном введении кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров в интервале температур 1300-1600°С на заготовке при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки соответственно на 100-10 градусов с последующим нагревом заготовки до 1700-1850°С и охлаждением при температуре заготовки, превышающей температуру паров кремния.1. A method of protecting carbon-containing composite materials of large-sized products from oxidation, including the formation of a slip coating on a workpiece made of a porous carbon-containing composite material based on refractory metal diborides and a component (s) reactive to silicon, siliconizing the workpiece and slip coating materials by a vapor-liquid phase method, which differs the fact that an oxide coating based on refractory oxides is formed on top of the coating obtained after siliconizing; moreover, before the formation of a slip coating based on diborides of refractory metals, preliminary siliconization of the workpiece from a porous carbon-containing composite material is carried out by the liquid-phase method when heated to 1650-1750 ° C at a pressure in the reactor of 600-760 mm Hg. in argon using silicon nitride as a precursor of liquid silicon, free silicon is distilled out of the material in vacuum at a temperature of 1800-1850 ° C, carrying out preliminary siliconization and distillation of free silicon in a single technological process, high-porous carbon is formed in the pores of the workpiece material and only after that having formed a slip coating, the final siliconizing is carried out; at the same time, when forming a slip coating, either nanodispersed carbon, or finely dispersed molybdenum carbides MoC and Mo 2 C, or lower molybdenum silicide Mo 5 Si 3 , or a mixture of carbon with molybdenum with a particle size of no more than 5 microns, is used as an active component (s) their possible content in the slip composition, sufficient only for the complete chemical bonding of silicon, and the final siliconizing by the vapor-liquid phase method is performed with the initial introduction of silicon into the pores of the material by capillary condensation of its vapors in the temperature range 1300-1600 ° C on the workpiece at the temperature of silicon vapor, exceeding the temperature of the workpiece, respectively, by 100-10 degrees, followed by heating the workpiece to 1700-1850 ° C and cooling at a workpiece temperature exceeding the temperature of silicon vapor. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование пористого углерода в порах материала осуществляют путем выращивания наноуглерода в форме частиц, волокон или трубок.2. The method according to claim 1, characterized in that the formation of porous carbon in the pores of the material is carried out by growing nanocarbon in the form of particles, fibers or tubes.
RU2019119055A 2019-06-18 2019-06-18 Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation RU2716323C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019119055A RU2716323C9 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019119055A RU2716323C9 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2716323C1 RU2716323C1 (en) 2020-03-11
RU2716323C9 true RU2716323C9 (en) 2020-12-29

Family

ID=69898271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019119055A RU2716323C9 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2716323C9 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116410012B (en) * 2023-04-12 2023-12-29 西安交通大学 Silicon carbide/silicon molybdenum carbide double-layer ceramic skeleton reinforced carbon-based composite material, and preparation method and application thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082694C1 (en) * 1992-12-18 1997-06-27 Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита Method for production of protective coatings on materials and articles having carbon-containing base
US6254975B1 (en) * 1997-10-22 2001-07-03 Dornier Gmbh Ceramic composite
US20050176329A1 (en) * 2002-09-12 2005-08-11 Pierre Olry Three-dimensional fiber structure of refractory fibers, a method of making it, and thermostructural composite materials, in particular friction parts, made therefrom
RU2458890C1 (en) * 2011-02-28 2012-08-20 Вячеслав Максимович Бушуев Method of making articles from carbon-silicon carbide material
RU2494043C1 (en) * 2012-02-09 2013-09-27 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Method of making articles from carbon-silicon carbide material
RU2685905C1 (en) * 2017-12-05 2019-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Material for heat-resistant protective coating

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082694C1 (en) * 1992-12-18 1997-06-27 Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита Method for production of protective coatings on materials and articles having carbon-containing base
US6254975B1 (en) * 1997-10-22 2001-07-03 Dornier Gmbh Ceramic composite
US20050176329A1 (en) * 2002-09-12 2005-08-11 Pierre Olry Three-dimensional fiber structure of refractory fibers, a method of making it, and thermostructural composite materials, in particular friction parts, made therefrom
RU2458890C1 (en) * 2011-02-28 2012-08-20 Вячеслав Максимович Бушуев Method of making articles from carbon-silicon carbide material
RU2494043C1 (en) * 2012-02-09 2013-09-27 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Method of making articles from carbon-silicon carbide material
RU2685905C1 (en) * 2017-12-05 2019-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Material for heat-resistant protective coating

Also Published As

Publication number Publication date
RU2716323C1 (en) 2020-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Insights into high temperature oxidation of Al2O3-forming Ti3AlC2
Baud et al. High temperature sintering of SiC with oxide additives: I. Analysis in the SiC–Al2O3 and SiC–Al2O3–Y2O3 systems
JPWO2017082147A1 (en) Coating formed on a graphite substrate and method for producing the same
Wang et al. Morphological evolution of porous silicon nitride ceramics at initial stage when exposed to water vapor
RU2480433C2 (en) Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material
JP5331263B1 (en) Silicon carbide material and method for producing silicon carbide material
RU2716323C9 (en) Method of protecting carbon-containing composite materials of large-size articles from oxidation
RU2531503C1 (en) Method of manufacturing products from composite material
Yakaboylu et al. Effect of high temperature preoxidation treatment on the oxidation behavior of MoSi2-and WSi2–Al2O3 composites
Tan et al. Oxidation behavior of a 2D‐SiCf/BN/SiBCN composite at 1350–1650° C in air
Istomina et al. Preparation of biomorphic SiC
Locs et al. Effect of processing on the microstructure and crystalline phase composition of wood derived porous SiC ceramics
Yoon et al. Low-temperature cyclic oxidation behavior of MoSi2/Si3N4 nanocomposite coating formed on Mo substrate at 773 K
JP2019507083A (en) Process for producing ceramics from chemical reactions
JP6530659B2 (en) Ceramic composite and method of manufacturing the same
Willemin et al. Identification of complex oxidation/corrosion behaviours of boron nitride under high temperature
RU2559245C1 (en) Method of manufacturing products from ceramic-matrix composite material
Yoon et al. Formation of MoSi2–Si3N4 composite coating by reactive diffusion of Si on Mo substrate pretreated by ammonia nitridation
JP6960448B2 (en) Method for Producing Silicon Carbide Complex
RU2568673C2 (en) Production of articles from ceramic-matrix composites
Zhang et al. Preparation of Mg and Al phosphate coatings on ferritic steel by wet-chemical method as tritium permeation barrier
RU2539467C2 (en) Method of producing protective coatings on articles made of carbon-containing materials
RU2471707C2 (en) Method of manufacturing hermetic products from carbon-carbon or carbon-silicon carbide composite material
JPH06279979A (en) Improvement of oxidation resistance of fe-cr-al alloy
RU2460707C1 (en) Method of making articles from carbon-silicon carbide material

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 8-2020 FOR INID CODE(S) (73)

TH4A Reissue of patent specification