RU2718682C2 - Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres - Google Patents

Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres Download PDF

Info

Publication number
RU2718682C2
RU2718682C2 RU2018132426A RU2018132426A RU2718682C2 RU 2718682 C2 RU2718682 C2 RU 2718682C2 RU 2018132426 A RU2018132426 A RU 2018132426A RU 2018132426 A RU2018132426 A RU 2018132426A RU 2718682 C2 RU2718682 C2 RU 2718682C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon carbide
mpa
sintering
reinforced
preform
Prior art date
Application number
RU2018132426A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018132426A3 (en
RU2018132426A (en
Inventor
Марианна Геннадьевна Фролова
Антон Сергеевич Лысенков
Юрий Федорович Каргин
Дмитрий Дмитриевич Титов
Константин Александрович Ким
Сергей Николаевич Перевислов
Елена Иннокентьевна Истомина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)
Priority to RU2018132426A priority Critical patent/RU2718682C2/en
Publication of RU2018132426A3 publication Critical patent/RU2018132426A3/ru
Publication of RU2018132426A publication Critical patent/RU2018132426A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2718682C2 publication Critical patent/RU2718682C2/en

Links

Images

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
    • C04B35/56Shaped 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
    • 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
    • C04B35/575Shaped 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 pressure sintering
    • 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
    • C04B35/62227Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres
    • C04B35/62272Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres based on non-oxide ceramics
    • C04B35/62277Fibres based on carbides
    • C04B35/62281Fibres based on carbides based on silicon carbide
    • 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
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261Milling
    • C04B35/62615High energy or reactive ball milling
    • 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
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632Organic additives
    • C04B35/634Polymers
    • C04B35/63404Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63444Nitrogen-containing polymers, e.g. polyacrylamides, polyacrylonitriles, polyvinylpyrrolidone [PVP], polyethylenimine [PEI]
    • 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
    • C04B35/645Pressure sintering
    • C04B35/806

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)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method of producing ceramic composite from silicon carbide reinforced with silicon carbide fibre, which can be used for operation in acidic and aggressive media, in conditions of high temperatures and prolonged mechanical action. Method of producing ceramics involves mixing silicon carbide powder containing sintering additive in form of aluminium and yttrium oxides with silicone carbide fibres obtained by siliconisation. Dried mixture was added 3 wt. % of 10 % solution of polyvinylpyrrolidone is moulded preform bilateral cold uniaxial pressing, followed by sintering by hot pressing at 1850 °C with a maximum specific pressure of 30 MPa.
EFFECT: method allows to obtain densely sintered ceramic materials having strength up to 524 MPa, a fracture toughness KIC = 6,1 MPa⋅m1/2.
1 cl, 2 ex, 1 tbl, 2 dwg

Description

Способ изготовления керамики на основе карбида кремния, армированной волокнами карбида кремния.A method of manufacturing ceramics based on silicon carbide reinforced with silicon carbide fibers.

Изобретение относится к способу получения керамических композитов - композит из карбида кремния, упрочненный волокном карбида кремния, обладающий совокупностью физико-механических свойств, таких как высокая прочность и твердость, низкий коэффициент термического расширения и износостойкость. Данный вид керамики предназначен для работы в кислых и агрессивных средах, в условиях высоких температур и длительного механического воздействия. Изобретение относится к способу получения карбидкремниевой керамики, армированной тугоплавким наполнителем.The invention relates to a method for producing ceramic composites - a silicon carbide composite reinforced with silicon carbide fiber having a combination of physical and mechanical properties, such as high strength and hardness, low coefficient of thermal expansion and wear resistance. This type of ceramic is designed to work in acidic and aggressive environments, at high temperatures and prolonged mechanical stress. The invention relates to a method for producing silicon carbide ceramics reinforced with a refractory filler.

Способ изготовления композита на основе карбидкреминевой керамики, армированной волокнами карбида кремния, включает в себя смешение компонентов - тонкодисперсного порошка карбида кремния марки Saint Gobain, содержащего в качестве спекающей добавки оксиды алюминия и иттрия, которые на стадии спекания образуют алюмо-иттриевый гранат, и волокон карбида кремния. Техническая привлекательность волокон SiC обусловлена тем, что в них удачно сочетается ряд важных эксплуатационных характеристик, таких как высокая температура плавления, химическая стойкость, высокая прочность и модуль упругости. Введение волокон карбида кремния армируют структуру материала, повышая показатель прочности при изгибе.A method of manufacturing a composite based on silicon carbide ceramics reinforced with silicon carbide fibers involves mixing components of a fine powder of Saint Gobain silicon carbide containing aluminum and yttrium oxides, which form yttrium aluminum garnet and sintered carbide, as a sintering agent silicon. The technical attractiveness of SiC fibers is due to the fact that they successfully combine a number of important operational characteristics, such as high melting point, chemical resistance, high strength, and elastic modulus. The introduction of silicon carbide fibers reinforces the structure of the material, increasing the flexural strength.

Изобретение относится к технологии получения изделий на основе карбидкремниевой керамики, армированной волокнами карбида кремния.The invention relates to a technology for producing products based on silicon carbide ceramics reinforced with silicon carbide fibers.

Карбид кремния является перспективным материалом, обладающим совокупностью свойств, позволяющих широко использовать его в качестве электроизоляционных и радиотехнических изделий, магнитопроницаемой керамики, броневой керамики, режущего инструмента, а также, подшипников скольжения и качения. За последнее десятилетие в России проведены исследования по разработке композиционных материалов на основе углерода, карбида и нитрида кремния, в которых вышеперечисленные соединения могут являться как матрицей, так и армирующим наполнителем в виде непрерывных или дискретных волокон, усов.Silicon carbide is a promising material with a combination of properties that can be widely used as electrical insulating and radio engineering products, magnetically permeable ceramics, armor ceramics, cutting tools, as well as sliding and rolling bearings. Over the past decade, Russia has conducted research on the development of composite materials based on carbon, carbide and silicon nitride, in which the above compounds can be both a matrix and a reinforcing filler in the form of continuous or discrete fibers, whiskers.

Известен патент RU №2058964 опубликованный 27.04.1996 С04В 035/52, С04В 035/80, «Способ получения композиционного материала на основе углеродного волокна и карбида кремния», где описывается способ получения композиционного материала на основе углеродного волокна и карбида кремния с различным содержанием этих составляющих по толщине материала. Углеродную заготовку для последующего силицирования изготавливают из двух слоев: основной слой содержит углеродные волокна с пониженной реакционной способностью к кремнию, а поверхностный слой - с предельно высокой. Заготовка может быть выполнена путем подбора углеродного волокна с различной плотностью или изготовлением поверхностного слоя заготовки из углеродного волокна с барьерным покрытием из пироуглерода и/или карбида кремния, и/или нитрида кремния. Поры не могут быть полностью заполнены карбидом кремния и либо заполняются свободным кремнием, что приводит к излишнему охрупчиванию и снижению термостойкости материала, либо остаются недозаполненными (при удалении свободного кремния при температурах более 1850°С), что делает рабочую поверхность проницаемой для окислителя, который проникает к несущим слоям материала изделия. К тому же, в случае использования в защитных слоях материала химически активного к кремнию наполнителя, резко снижаются прочностные характеристики материала (прочность, износостойкость) из-за деградации свойств армирующего наполнителя.Known patent RU No. 2058964 published 04/27/1996 С04В 035/52, С04В 035/80, "A method for producing a composite material based on carbon fiber and silicon carbide", which describes a method for producing a composite material based on carbon fiber and silicon carbide with different contents of these components by the thickness of the material. The carbon preform for subsequent silicification is made of two layers: the main layer contains carbon fibers with reduced reactivity to silicon, and the surface layer is extremely high. The preform can be made by selecting carbon fibers with different densities or by manufacturing the surface layer of a carbon fiber preform with a barrier coating of pyrocarbon and / or silicon carbide and / or silicon nitride. The pores cannot be completely filled with silicon carbide and either filled with free silicon, which leads to excessive embrittlement and a decrease in the heat resistance of the material, or remain underfilled (when free silicon is removed at temperatures above 1850 ° C), which makes the working surface permeable to the oxidant that penetrates to the bearing layers of the product material. In addition, in the case of the use of a filler chemically active in silicon in the protective layers, the strength characteristics of the material (strength, wear resistance) are sharply reduced due to the degradation of the properties of the reinforcing filler.

В патенте RU №2084425, опубликованного 20.07.1997, С04В 035/52, С04В 035/83, С04В 035/56, «Способ получения изделий из углерод-карбидокремниевого композиционного материала и углеродкарбидокремниевый композиционный материал», описывается получение изделий из углеродкарбидокремниевого композиционного материала, включает изготовление углепластиковых заготовок на основе углеродного волокна и термореактивного связующего, ее термообработку до образования коксовой матрицы, армированной углеродным волокном, насыщение заготовки пироуглеродом и силицирование. Узкий интервал рабочих температур существенно ограничивает область применения материала.In patent RU No. 2084425, published on 07.20.1997, С04В 035/52, С04В 035/83, С04В 035/56, “Method for producing products from carbon-carbide-silicon composite material and carbon-carbide-silicon composite material”, describes the production of products from carbon-silicon-silicon composite material, includes the manufacture of carbon fiber blanks based on carbon fiber and a thermosetting binder, its heat treatment to form a coke matrix reinforced with carbon fiber, saturation of the blank with pyrocarbon and siliconizing . A narrow range of operating temperatures significantly limits the scope of the material.

Наиболее близким является способ получения композита, описанный в патенте RU №2176628, опубл. 10.12.2001 С04В 041/88, С04В 035/80, С04В 035/573 «Композит (варианты) и способ его приготовления, способ обработки волоконной заготовки (варианты)». Способ приготовления композита включает в себя следующие операции: использование волоконной заготовки с волокнами, содержащими карбид кремния, инфильтрацию волоконной заготовки суспензией, содержащей от 97 до 99,9 вес. % кремния и от 0,1 до 3 вес. % добавленного углерода, и пропитку заготовки содержащим кремний расплавленным сплавом при температуре от 1410°С до 1450°С. Предложенный способ обработки волоконной заготовки включает в себя следующие операции: использование заготовки, которая имеет от 20 до 80 об. % покрытого волокна, причем волокно содержит карбид кремния, и от 20 до 80 об. % пористости, посредствам пропитки, которая содержит керамические частицы, происходит заполнение пор заготовки, что в последствии снижает пористость, и нанесение керамических частиц на внешнюю поверхность заготовки для образования монолитного слоя их на поверхности заготовки. Другими вариантами способа обработки волоконной заготовки являются способ, включающий использование волоконной заготовки, содержащей карбид кремния, пропитку заготовки суспензией, которая содержит двухфракционную смесь частиц карбида кремния, и инфильтрацию заготовки матричным сплавом, содержащим кремний, а также способ, включающий использование волоконной заготовки, содержащей неоксидное керамическое волокно, имеющее по меньшей мере одно покрытие, причем указанное покрытие содержит элемент, выбранный из группы, образованной углеродом, азотом, алюминием и титаном, при этом волокно имеет температуру деструкции в диапазоне от 1410°С до 1450°С, пропитка указанной заготовки суспензией, содержащей частицы карбида кремния и от 0,1 до 3 вес. % углерода, приготовление покровной смеси, которая включает в себя сплав, содержащий металлический пропитывающий материал, указанный элемент, который имеется в составе покрытия, и полимер, нанесение покровной смеси по меньшей мере на один из участков поверхности, пропитанной на стадии б) заготовки, нагревание покровной смеси до температуры в диапазоне от 1410°С до 1450°С для расплавления сплава, и инфильтрация волокнистой заготовки расплавленным сплавом в течение промежутка времени от 15 до 240 мин для получения упрочненного керамическим волокном керамического композита. Недостатками методов является пористость (10-20%) и относительно низкую прочность на разрыв порядка 140-200 МПа.The closest is the method of producing the composite described in patent RU No. 2176628, publ. 12/10/2001 С04В 041/88, С04В 035/80, С04В 035/573 “Composite (options) and the method of its preparation, the method of processing fiber preform (options)”. The composite preparation method includes the following operations: using a fiber preform with fibers containing silicon carbide, infiltrating the fiber preform with a suspension containing from 97 to 99.9 weight. % silicon and from 0.1 to 3 weight. % of added carbon, and the impregnation of the workpiece containing silicon molten alloy at a temperature of from 1410 ° C to 1450 ° C. The proposed method for processing a fiber preform includes the following operations: using a preform that has from 20 to 80 vol. % coated fiber, and the fiber contains silicon carbide, and from 20 to 80 vol. % porosity, by impregnation, which contains ceramic particles, the preform pores are filled, which subsequently reduces porosity, and the ceramic particles are applied to the outer surface of the preform to form a monolithic layer on the surface of the preform. Other options for processing a fiber preform are a method comprising using a fiber preform containing silicon carbide, impregnating the preform with a suspension that contains a two-fraction mixture of silicon carbide particles, and infiltrating the preform with a matrix alloy containing silicon, and a method including using a non-oxide fiber preform ceramic fiber having at least one coating, said coating containing an element selected from the group formed by carbon Odom, nitrogen, aluminum and titanium, the fiber has a decomposition temperature in the range 1410 ° C to 1450 ° C, impregnating said preform slurry containing silicon carbide particles and 0.1 to 3 wt. % carbon, preparing a coating mixture, which includes an alloy containing a metal impregnating material, the specified element that is present in the coating composition, and a polymer, applying a coating mixture to at least one of the surface areas impregnated in step b) of the preform, heating coating mixture to a temperature in the range from 1410 ° C to 1450 ° C for melting the alloy, and the infiltration of the fibrous preform with molten alloy for a period of time from 15 to 240 minutes to obtain a reinforced ceramic fiber Mr. ceramic composite. The disadvantages of the methods are porosity (10-20%) and relatively low tensile strength of about 140-200 MPa.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение прочностных характеристик посредством армирования волокнами карбида кремния, что поспособствует расширению области применения и увеличению срока службы конечного изделия.The objective of the invention is to increase the strength characteristics by reinforcing with silicon carbide fibers, which will help expand the scope and increase the service life of the final product.

Технический результат заключается в увеличении прочностных характеристик с помощью армирования материала волокнами карбида кремния.The technical result consists in increasing the strength characteristics by reinforcing the material with silicon carbide fibers.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления керамики на основе карбида кремния включает в себя смешение порошка карбида кремния со спекающей добавкой и с волокнами SiC в среде изопропанола в планетарной мельнице. Сушку полученной смеси, добавление 3 мас.% 10-% водного раствора поливинилпирролидона. Формование заготовок и спекание в среде аргона согласно изобретению. Формование заготовок проводят холодным одноосным двусторонним прессованием в стальной пресс-форме при давлении 100 МПа. Последующее спекание проводят методом горячего прессования в графитовой пресс-форме при температуре 1850°С с максимальным удельным давлением 30 МПа.The technical result is achieved by the fact that the method of manufacturing ceramics based on silicon carbide involves mixing a powder of silicon carbide with a sintering additive and with SiC fibers in an isopropanol medium in a planetary mill. Drying the resulting mixture, adding 3 wt.% 10-% aqueous solution of polyvinylpyrrolidone. Shaping of blanks and sintering in an argon medium according to the invention. Preforms are formed by cold uniaxial double-sided pressing in a steel mold at a pressure of 100 MPa. Subsequent sintering is carried out by hot pressing in a graphite mold at a temperature of 1850 ° C with a maximum specific pressure of 30 MPa.

Введение в керамику армирующих волокон положительно влияет на повышение комплекса ее базовых свойств, в том числе прочности. Это связанно, во-первых, с уровнем физико-механических свойств современных волокнистых армирующих наполнителей, а также с реализацией более сложного, в сравнении с монолитной керамикой, механизма разрушения керамоматричного композита, что особенно касается ударных нагрузок.The introduction of reinforcing fibers into ceramics has a positive effect on increasing the complex of its basic properties, including strength. This is due, firstly, to the level of physicomechanical properties of modern fibrous reinforcing fillers, as well as to the implementation of a more complex, in comparison with monolithic ceramics, fracture mechanism of a ceramic composite, which is especially true for impact loads.

Отличие от прототипа состоит в том, что на стадии смешивания используются готовые волокна карбида кремния, полученные методом силицирования. Спекание производится методом горячего прессования, что позволяет снизить значение пористости изделия.The difference from the prototype is that at the mixing stage, ready-made silicon carbide fibers obtained by silicification are used. Sintering is carried out by hot pressing, which reduces the porosity of the product.

Изделия из предложенного керамического материала получают следующим образом.Products from the proposed ceramic material are obtained as follows.

В качестве исходного материала использовали промышленный гранулированный порошок карбида кремния марки Saint Gobain Sika Densitec-L дисперсностью до 1 мкм (рисунок 1). Порошок карбида кремния со спекающей добавкой и волокна карбида кремния (рисунок 2), взятые в необходимых количествах, смешивают в планетарной мельнице в течение 30-60 мин в среде спирта. Высушенную смесь протирают через сито и прессуют методом двухстороннего прессования в металлической пресс-форме с приложением давления 100 МПа. Полученные сырцы подвергают горячему прессованию в графитовой пресс-форме при 1850°С в течение 1 ч в защитной среде аргона, давление прессования 30 МПа. В таблице №1 представлены свойства полученных керамических материалов на основе карбида кремния с разным содержанием волокон карбида кремния.As the starting material, an industrial granular powder of silicon carbide of the Saint Gobain Sika Densitec-L brand with a dispersion of up to 1 μm was used (Figure 1). Silicon carbide powder with a sintering additive and silicon carbide fibers (Figure 2), taken in the required quantities, are mixed in a planetary mill for 30-60 minutes in an alcohol medium. The dried mixture is wiped through a sieve and pressed by double-sided pressing in a metal mold with a pressure of 100 MPa. The obtained raw materials are subjected to hot pressing in a graphite mold at 1850 ° C for 1 h in a protective medium of argon, the pressing pressure is 30 MPa. Table No. 1 presents the properties of the obtained ceramic materials based on silicon carbide with different content of silicon carbide fibers.

Пример 1. Готовят шихту следующего состава: карбид кремния со спекающей добавкой - 97 мас. %; волокна карбида кремния - 3 мас. %.Example 1. Prepare a mixture of the following composition: silicon carbide with sintering additive - 97 wt. %; silicon carbide fiber - 3 wt. %

Смешение компонентов проводят в планетарной мельнице в течение 60 мин. В качестве мелящих тел используют шары из диоксида циркония диаметром 5 мм. Высушенную смесь протирают через сито 063, отвешивают необходимое количество шихты, вводят в шихту 3 мас. % 10-% водного раствора поливинилпирролидона и проводят предварительное двухстороннее прессование в металлической пресс-форме. Полученный сырец подвергается горячему прессованию в графитовой пресс-форме при 1850°С в течение 1 ч в среде аргона. Полученный керамический материал имеет прочность при изгибе при комнатной температуре 455 МПа, плотность 3,18 г/см3.The components are mixed in a planetary mill for 60 minutes. As grinding bodies, balls of zirconium dioxide with a diameter of 5 mm are used. The dried mixture is wiped through a 063 sieve, weigh the required amount of charge, introduced into the charge 3 wt. % 10-% aqueous solution of polyvinylpyrrolidone and carry out preliminary bilateral pressing in a metal mold. The resulting raw material is hot pressed in a graphite mold at 1850 ° C for 1 h in argon. The resulting ceramic material has a bending strength at room temperature of 455 MPa, a density of 3.18 g / cm 3 .

Пример 2. Готовят шихту следующего состава: карбид кремния со спекающей добавкой - 95 мас. %; волокна карбида кремния - 5 мас. %.Example 2. Prepare a mixture of the following composition: silicon carbide with sintering additive - 95 wt. %; silicon carbide fiber - 5 wt. %

Смешение компонентов проводят в планетарной мельнице в течение 60 мин. В качестве мелящих тел используют шары из диоксида циркония диаметром 5 мм. Высушенную смесь протирают через сито 063, отвешивают необходимое количество шихты, вводят в шихту 3 мас. % 10% водного раствора поливинилпирролидона и проводят предварительное двухстороннее прессование в металлической пресс-форме. Полученный сырец подвергается горячему прессованию в графитовой пресс-форме при 1850°С в течение 1 ч в среде аргона. Полученный керамический материал имеет прочность при изгибе при комнатной температуре 471 МПа, плотность 3,19 г/см3.The components are mixed in a planetary mill for 60 minutes. As grinding bodies, balls of zirconium dioxide with a diameter of 5 mm are used. The dried mixture is wiped through a 063 sieve, weigh the required amount of charge, introduced into the charge 3 wt. % 10% aqueous solution of polyvinylpyrrolidone and carry out preliminary bilateral pressing in a metal mold. The resulting raw material is hot pressed in a graphite mold at 1850 ° C for 1 h in argon. The resulting ceramic material has a bending strength at room temperature of 471 MPa, a density of 3.19 g / cm 3 .

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Способ изготовления керамики из карбида кремния, армированной волокнами карбида кремния, включающий смешение порошка карбида кремния со спекающей добавкой и с волокнами карбида кремния в среде изопропанола в планетарной мельнице, сушку полученной смеси, добавление 3 мас.% 10% водного раствора поливинилпирролидона, формование заготовок и спекание в среде аргона, отличающийся тем, что в качестве армирующего компонента используют волокна карбида кремния, полученные методом силицирования, формование заготовок проводят предварительным холодным одноосным двусторонним прессованием в стальной пресс-форме при давлении 100 МПа, последующее спекание проводят методом горячего прессования в графитовой пресс-форме при температуре 1850°C с максимальным удельным давлением 30 МПа.A method of manufacturing a silicon carbide ceramic reinforced with silicon carbide fibers, comprising mixing silicon carbide powder with a sintering additive and with silicon carbide fibers in an isopropanol medium in a planetary mill, drying the resulting mixture, adding 3 wt.% 10% aqueous solution of polyvinylpyrrolidone, forming blanks and sintering in an argon medium, characterized in that silicon carbide fibers obtained by the method of siliconization are used as the reinforcing component; preforms are formed by preliminary cold dnym bilateral uniaxial pressing in a steel mold under a pressure of 100 MPa, followed by sintering by hot pressing in a graphite mold at 1850 ° C with a maximum specific pressure of 30 MPa.
RU2018132426A 2018-09-12 2018-09-12 Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres RU2718682C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132426A RU2718682C2 (en) 2018-09-12 2018-09-12 Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132426A RU2718682C2 (en) 2018-09-12 2018-09-12 Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018132426A3 RU2018132426A3 (en) 2020-03-12
RU2018132426A RU2018132426A (en) 2020-03-12
RU2718682C2 true RU2718682C2 (en) 2020-04-13

Family

ID=69898908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018132426A RU2718682C2 (en) 2018-09-12 2018-09-12 Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718682C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749387C1 (en) * 2020-10-16 2021-06-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing composite material with ceramic matrix and layering reinforcing component in form of silicon carbide fabric
WO2021242509A1 (en) * 2020-05-26 2021-12-02 Unm Rainforest Innovations Two-dimensional silicon carbide materials and fabrication methods thereof
RU2795405C1 (en) * 2022-04-08 2023-05-03 Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ" Method for obtaining reinforced composite material based on silicon carbide

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117802361B (en) * 2023-12-29 2024-07-23 浙江吉成新材股份有限公司 Ceramic reinforced aluminum-based composite material and preparation method thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU665793A3 (en) * 1975-10-27 1979-05-30 Дзе Рисерч Институт Фор Айрон, Стил Энд Азер Металз Оф Дзе Тохоку Юниверсити, (Фирма) Method of producing composite material
WO1995003370A1 (en) * 1993-07-22 1995-02-02 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Silicon carbide grain
US6217997B1 (en) * 1994-09-12 2001-04-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Ceramic fiber reinforced ceramic matrix composite material and method of producing the same
WO2001034535A1 (en) * 1999-11-09 2001-05-17 Frenton Limited Method to obtain a refractory composite material based on carbide
EP0861219B1 (en) * 1995-11-13 2002-03-27 Kennametal Inc. Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof
RU2402507C2 (en) * 2008-06-24 2010-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" Ceramic material and preparation method thereof
CN103449818A (en) * 2013-08-06 2013-12-18 西安科技大学 Preparation method of carbon fiber/silicon carbide gradient laminar composite material
CN105967712A (en) * 2016-05-01 2016-09-28 上海大学 Method for preparing carbon fiber reinforced silicon carbide (Csf/C-SiC) composite material

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU665793A3 (en) * 1975-10-27 1979-05-30 Дзе Рисерч Институт Фор Айрон, Стил Энд Азер Металз Оф Дзе Тохоку Юниверсити, (Фирма) Method of producing composite material
WO1995003370A1 (en) * 1993-07-22 1995-02-02 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Silicon carbide grain
US6217997B1 (en) * 1994-09-12 2001-04-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Ceramic fiber reinforced ceramic matrix composite material and method of producing the same
EP0861219B1 (en) * 1995-11-13 2002-03-27 Kennametal Inc. Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof
WO2001034535A1 (en) * 1999-11-09 2001-05-17 Frenton Limited Method to obtain a refractory composite material based on carbide
RU2402507C2 (en) * 2008-06-24 2010-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" Ceramic material and preparation method thereof
CN103449818A (en) * 2013-08-06 2013-12-18 西安科技大学 Preparation method of carbon fiber/silicon carbide gradient laminar composite material
CN105967712A (en) * 2016-05-01 2016-09-28 上海大学 Method for preparing carbon fiber reinforced silicon carbide (Csf/C-SiC) composite material

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021242509A1 (en) * 2020-05-26 2021-12-02 Unm Rainforest Innovations Two-dimensional silicon carbide materials and fabrication methods thereof
RU2749387C1 (en) * 2020-10-16 2021-06-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing composite material with ceramic matrix and layering reinforcing component in form of silicon carbide fabric
RU2795405C1 (en) * 2022-04-08 2023-05-03 Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ" Method for obtaining reinforced composite material based on silicon carbide

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018132426A3 (en) 2020-03-12
RU2018132426A (en) 2020-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5394475B2 (en) Boron carbide composite material
US5990025A (en) Ceramic matrix composite and method of manufacturing the same
JP4261130B2 (en) Silicon / silicon carbide composite material
RU2718682C2 (en) Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres
RU2744543C1 (en) Method for producing ceramic composite material based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibers
US7166550B2 (en) Ceramic composite body of silicon carbide/boron nitride/carbon
JP3127371B2 (en) Ceramic-containing carbon / carbon composite material and method for producing the same
RU2621241C1 (en) Nanostructured composite material based on boron carbide and the method of its obtaining
EP3124814B1 (en) Ceramic material for brake discs
US7163650B2 (en) Process for producing ceramic bearing components
Kim et al. Nicalon-fibre-reinforced silicon-carbide composites via polymer solution infiltration and chemical vapour infiltration
JP5172232B2 (en) Aluminum-ceramic composite and its manufacturing method
JP5068218B2 (en) Carbon fiber reinforced silicon carbide composite material and method for producing the same
JP2012153575A (en) Carbon fiber-reinforced silicon carbide-based ceramic and method for producing the same
RU2795405C1 (en) Method for obtaining reinforced composite material based on silicon carbide
JP4612608B2 (en) Method for producing silicon / silicon carbide composite material
Gadow et al. 4.6 Manufacturing and CMC Component Development for Brake Disks in Automotive Applications
JP5824316B2 (en) Friction material
JP3673011B2 (en) Ceramic-based fiber composite material and manufacturing method thereof
JP2004323291A (en) Aluminum-ceramic composite and its producing method
JP3937923B2 (en) Reflector and manufacturing method thereof
JPH0224789B2 (en)
JP2012144389A (en) SiC/Si COMPOSITE MATERIAL
JPH11263668A (en) Ceramic matrix-fiber composite material parts and their production
Latiff et al. Characteristics of six layered Al/Si3N4 functionally graded materials prepared through two-step pressureless sintering process