RU2776286C1 - Способ получения волокон смешанного шпинельно-гранатового состава - Google Patents
Способ получения волокон смешанного шпинельно-гранатового состава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776286C1 RU2776286C1 RU2021111617A RU2021111617A RU2776286C1 RU 2776286 C1 RU2776286 C1 RU 2776286C1 RU 2021111617 A RU2021111617 A RU 2021111617A RU 2021111617 A RU2021111617 A RU 2021111617A RU 2776286 C1 RU2776286 C1 RU 2776286C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibres
- mgal
- mixed oxide
- oxide composition
- fibers
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title abstract 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 2
- 239000002223 garnet Substances 0.000 title 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract 3
- 229910026161 MgAl2O4 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910009491 Y3Al5O12 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract 1
- 125000002734 organomagnesium group Chemical group 0.000 abstract 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способам получения волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 для создания высокотемпературных керамокомпозитов с улучшенными механическими свойствами. Способ заключается в расплавном формовании полимерных волокон при 80-180°С из волокнообразующих органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al/Y 5,8-6,0 и Al/Mg 2,4-2,5 с дальнейшей ступенчатой термообработкой в атмосфере воздуха при 500 и 1500°С, при которой образуются керамические волокна смешанного оксидного состава: MgAl2O4 и Y3Al5O12. 1 пр., 7 ил.
Description
Изобретение относится к керамическим волокнам смешанного оксидного состава: алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4) и алюмоиттриевого граната (Y3Al5O12) на основе волокнообразующих органомагний-оксаниттрийоксаналюмоксановых олигомеров.
Керамические волокна смешанного оксидного состава, например, α-Al2O3 и t-ZrO2, YAG-ZrO2, α-Al2O3 и MgO (Akram M.Y., Ferraris М, Casalegno V., Salvo M., Puchas G., Knohl S., Krenkel W. Joining and testing of alumina fibre reinforced YAG-ZrO2 matrix composites. J. Europ.Ceram. Soc, 2018. Vol. 38(4), 1802-1811. Chandradass J., Balasubramanian M. Effect of magnesium oxide on sol-gel spun alumina and alumina-zirconia fibres. J. Europ.Ceram. Soc, 2006. Vol. 26(13), 2611-2617) широко востребованы для создания высокотемпературных керамокомпозитов с улучшенными механическими свойствами, которые необходимы для изготовления деталей авиационных и наземных газотурбинных двигателей, гиперзвуковых и летательных аппаратов, а также систем тепловой защиты космических аппаратов и гиперзвуковых транспортных средств (Armani C.J., Ruggles-Wrenn М.В., Fair G.E., Hay R.S., Creep of Nextel™ 610 fiber at 1100°C in air and in steam, Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2012. Vol. 10(2), 276-284).
Оксиды структуры шпинели и граната обладают не только высокой температурой плавления (2135 и 1940°С соответственно), но и сложной кристаллической структурой, препятствующей движению и распространению трещин.
Описан способ получения оксидных волокон смешанного шпинельно-гранатового состава: (MAS/YAG). Порошок оксида иттрия, порошок алюминия и хлорида алюминия растворяли в уксусной кислоте, смесь нагревали при перемешивании, используя магнитную мешалку, и кипятили с обратным холодильником при 80°С. Мольное соотношение AlCl3 ⋅ 6H2O и Al составляло 3: 1, мольное отношение Al/Y = 5:3, а мольное соотношение уксусной кислоты и Y составляло 1,5:1, мольное соотношение H2O и Al составляло 20:1. В качестве прядильной добавки (28% масс. от массы сырья) использовался поливинилпирролидон (ПВП). Согласно расчетной массе YAG, в раствор было добавлено 5% масс. MgO. Затем смешанный раствор концентрировали с получением прядильного золя на водяной бане (60°С). Волокна геля были приготовлены путем погружения тонкого стеклянного стержня в прядильный золь и его медленного вытягивания (вручную) при комнатной температуре, максимальная длина гелевого волокна составляла около 80 см. Затем гелевые волокна сушили при температуре 60°С в течение 24 ч. Высушенные волокна спекали со скоростью нагрева 2°С /мин. до 1400-1600°С. После нагрева при 1400°С в течение 2 ч получали композитные волокна MAS/YAG. (Ma X, Lv Z, Tan Н, Nan J, Wang С, Preparation and grain-growth of magnesia-alumina spinel/yttrium aluminum garnet composite fibers, J. 
, 2018. Vol. 62(3), 279-284,).
Способы получения волокон смешанного оксидного состава: алюмо-магниевой шпинели (MgAl2O4) и алюмоиттриевого граната (Y3Al5O12) из расплава предкерамического полимера из патентной литературы не известны.
Наиболее близким к предлагаемому и принятый нами в качестве прототипа является способ получения модифицированных волокон оксида алюминия, заключающийся в расплавном формовании полимерных волокон при 60-160°С из волокнообразующих органоиттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=100-200 или органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=160-200 и Al:Mg=160-200 с дальнейшей ступенчатой термообработкой до 1200-1300°С, приводящей к образованию керамических алюмооксидных волокон, модифицированных высокотемпературными соединениями иттрия или иттрия и магния, причем нагрев проводят по следующему режиму: от комнатной температуры до 500°С со скоростью 1°С/мин, от 500°С до 1300°С со скоростью 10°С/мин и последующей выдержкой в течение 10 мин, при этом термообработку осуществляют в атмосфере воздуха. (РФ №2716621, МПК: С04В 35/111, С04В 35/634, D01F 1/07, 2020 г.).
Задачей предлагаемого изобретения является получение керамических волокон смешанного оксидного состава: алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4) и алюмоиттриевого граната (Y3Al5Oi2), формованием из расплава волокнообразующего полимера, с последующим пиролизом полимерных волокон до керамических волокон.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения керамических волокон смешанного оксидного состава: алюмомагниевой шпинели и алюмоиттриевого граната (MgAl2O4/Y3Al5O12), заключающийся в расплавном формовании полимерных волокон при 80-180°С из волокнообразующих органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al/Y=5,8-6,0 и Al/Mg=2,4-2,5 с дальнейшей ступенчатой термообработкой в атмосфере воздуха при 50 и 1500°С.
Получение волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 осуществляют следующим образом: волокнообразующие органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксаны, полученные согласно изобретению, описанному в патенте РФ №2644950 (МПК: С04В 35/443, C07F19/00, C08G79/14, 2018 г.) формуют на машине расплавного формования при температурах 110-180°С и наматывают на приемную шпулю с выбранной скоростью, выбранную в диапазоне 150-300 об/мин, в зависимости от получения желаемого диаметра волокна. Далее полимерные волокна снимают с приемной шпули, перекладывают на корундовые маты и подвергают их ступенчатой термообработке сначала с медленным нагревом (0,4-2°С/мин) до 500°С для удаления органической составляющей волокна, затем нагревают со скоростью 5-20°С/мин до 1300-1500°С с выдержкой до 30 мин. В результате получают высокотемпературные керамические волокна смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12, диаметром 10-150 мкм.
Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.
Пример 1.
В предварительно нагретый до 110°С экструдер формовочной машины загружают 200 г волокнообразующего органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксана с мольным отношением A1:Y≈6,0 и Al:Mg≈2,5. Задают скорость вращения приемной шпули 250 об/мин для вытягивания и намотки полимерного волокна. Затем намотанное полимерное волокно (Фиг. 1) снимают с приемной шпули, укладывают на корундовый мат и помещают в печь для дальнейшей термообработки (Фиг. 2). Нагрев проводят в атмосфере воздуха по следующему режиму: от комнатной температуры до 500°С со скоростью 1°С/мин. - отверждение волокна (Фиг. 3), от 500°С до 1300 и далее до 1500°С со скоростью 10°С/мин с выдержкой в течение 10 мин. Термообработка осуществляется в атмосфере воздуха. В результате получают керамические волокна смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 (Фиг. 4).
Элементный и фазовый составы керамических волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 доказаны с помощью СЭМ и РФА.
Изучение морфологии поверхности полимерных и керамических волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 и их элементного состава осуществлялось с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) совмещенного с энергодисперсионным анализатором (ЭДС). Результаты представлены на фиг. 5, 6.
Методом РФА определен фазовый состав керамических волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 при 1300 и 1500°С (Фиг. 7а и 7б).
По данным РФА фазовый состав керамических волокон на основе органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y≈6,0 и Al:Mg≈2,5 после пиролиза при 1300°С: MgAl2O4 - 79%масс., A12Y4O9 - 17%масс, Al5Y3Oi2 - 4%масс., следы A13Y5, а при 1500°С: MgAl2O4 - 77% масс. и Y3Al5Oi2 - 23% масс.(Фиг. 7а и 7б).
Claims (1)
- Способ получения керамических волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12, заключающийся в расплавном формовании полимерных волокон при 80-180°С из волокнообразующих органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al/Y 5,8-6,0 и Al/Mg 2,4-2,5 с дальнейшей ступенчатой термообработкой в атмосфере воздуха при 500 и 1500°С, приводящей к образованию керамических волокон смешанного оксидного состава: MgAl2O4 и Y3Al5O12.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2776286C1 true RU2776286C1 (ru) | 2022-07-18 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1011602A1 (ru) * | 1981-03-13 | 1983-04-15 | Усть-Каменогорский Строительно-Дорожный Институт | Способ подготовки шихты |
| US5378665A (en) * | 1992-10-30 | 1995-01-03 | General Atomics | Crystalline yttrium aluminate and process for making |
| RU2584187C1 (ru) * | 2015-01-19 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук (ИХВВ РАН) | Способ получения прозрачной керамики алюмоиттриевого граната |
| RU2644950C1 (ru) * | 2017-02-09 | 2018-02-15 | Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") | Способ получения органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов, связующие и пропиточные материалы на их основе |
| RU2716621C1 (ru) * | 2018-10-22 | 2020-03-13 | Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") | Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия |
| RU2730229C1 (ru) * | 2019-07-17 | 2020-08-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Шихта на основе оксида алюминия и способ получения прочной керамики |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1011602A1 (ru) * | 1981-03-13 | 1983-04-15 | Усть-Каменогорский Строительно-Дорожный Институт | Способ подготовки шихты |
| US5378665A (en) * | 1992-10-30 | 1995-01-03 | General Atomics | Crystalline yttrium aluminate and process for making |
| RU2584187C1 (ru) * | 2015-01-19 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук (ИХВВ РАН) | Способ получения прозрачной керамики алюмоиттриевого граната |
| RU2644950C1 (ru) * | 2017-02-09 | 2018-02-15 | Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") | Способ получения органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов, связующие и пропиточные материалы на их основе |
| RU2716621C1 (ru) * | 2018-10-22 | 2020-03-13 | Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") | Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия |
| RU2730229C1 (ru) * | 2019-07-17 | 2020-08-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Шихта на основе оксида алюминия и способ получения прочной керамики |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4772524A (en) | Fibrous monolithic ceramic and method for production | |
| US4460639A (en) | Fiber reinforced glass matrix composites | |
| Cooke | Inorganic fibers—a literature review | |
| DE69728060T2 (de) | Mit siliciumcarbid verstärktes siliciumcarbid-verbundwerkstoff | |
| EP0126017A1 (en) | High strength, thermally stable magnesium aluminosilicate glass-ceramic matrix-silicon carbide fibre composites | |
| King et al. | Polycrystalline yttrium aluminum garnet fibers from colloidal sols | |
| JP2017031396A (ja) | Ｃｍｃ材料における繊維間隔の改善された均一性 | |
| US20220185742A1 (en) | Coating layer-attached continuous ceramic fiber and method for producing same, and ceramic matrix composite material and method for producing same | |
| JP4507138B2 (ja) | セラミック系マトリックス複合材料の誘電特性の変更方法 | |
| EP3124459A2 (en) | Improved uniformity of fiber spacing in cmc materials | |
| CN104131363B (zh) | 一种多孔莫来石纤维制品 | |
| RU2776286C1 (ru) | Способ получения волокон смешанного шпинельно-гранатового состава | |
| Lu et al. | Fabricating hollow turbine blades using short carbon fiber-reinforced SiC composite | |
| Parthasarathy et al. | Evaluation of porous ZrO2‐SiO2 and monazite coatings using NextelTM 720‐Fiber‐Reinforced blackglas™ minicomposites | |
| Sacks et al. | Characterization of Polymer‐Derived Silicon Carbide Fibers with Low Oxygen Content. Near‐Stoichiometric Composition. and Improved Thermomechanical Stability | |
| Callender et al. | Novel route to alumina and aluminate interlayer coatings for SiC, carbon, and Kevlart® fiber-reinforced ceramic matrix composites using carboxylate–alumoxane nanoparticles | |
| Joo et al. | Facile synthesis and morphological study of Si–Zr–C–O fiber felts with high-thermal resistance | |
| JPH0967165A (ja) | 炭化けい素セラミックスおよびその製造方法 | |
| Vijay et al. | Effect of boron inclusion in SiOC polymer derived matrix on the mechanical and oxidation resistance properties of fiber reinforced composites | |
| Cinibulk et al. | Constituent Development for Higher-Temperature Capable Ceramic Matrix Composites | |
| RU2716621C1 (ru) | Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия | |
| CN109370148A (zh) | 一种适用于rfi成型工艺的高致密高温可瓷化酚醛树脂渗透膜及其制备方法 | |
| US5281559A (en) | Method of producing a ceramic fiber-reinforced glass-ceramic matrix composite | |
| JP3141512B2 (ja) | 炭化ケイ素系無機繊維強化セラミックス複合材料 | |
| RU2767236C1 (ru) | Способ получения гранатовых волокон, модифицированных хромом |