SU1622347A1 - Method of producing ceramic material - Google Patents
Method of producing ceramic material Download PDFInfo
- Publication number
- SU1622347A1 SU1622347A1 SU884483550A SU4483550A SU1622347A1 SU 1622347 A1 SU1622347 A1 SU 1622347A1 SU 884483550 A SU884483550 A SU 884483550A SU 4483550 A SU4483550 A SU 4483550A SU 1622347 A1 SU1622347 A1 SU 1622347A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- silicon
- heat resistance
- ceramic material
- increase
- nitrogen
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к способам получени высокотемпературных керамических материалов на основе тугоплавких соединений, в частности нитрида и карбида кремни , и может быть использовано в производстве термостойких деталей, например деталей газотурбинных двигателей.Цель изобретени - повышение термостойкости . Способ включает формование заготовки из 60-90 мас.% порошка кремни и 10-40 мас.% кремнийорга- нического полимера из класса полифе- нилсилоксаиов и проведение азотирующего обжига путем нагрева до 1973 К. Термостойкость полученного материала , содержащего ft -SiC, tf и 5 - ЗЦЫ и SiaN20, составл ет 70-120 термоциклов 1523 К (азот) ± 283 К (вода ). 1 табл. Ј ( СThe invention relates to methods for producing high-temperature ceramic materials based on refractory compounds, in particular silicon nitride and silicon carbide, and can be used in the manufacture of heat-resistant parts, such as gas turbine engines. The purpose of the invention is to increase heat resistance. The method involves forming a billet from 60–90 wt.% Silicon powder and 10–40 wt.% Silicon-organic polymer from the class of polyphenylsiloxy and carrying out nitriding roasting by heating to 1973 K. The heat resistance of the resulting material containing ft –SiC, tf and 5 - JCH and SiaN20, 70-120 thermal cycles 1523 K (nitrogen) ± 283 K (water). 1 tab. Ј (C
Description
Изобретение относитс к способам получени высокогемпсратурннх керамических материалов на основе туго- 1 плавких соединегпй, в частности нитрида и карбида кремни , и может быть использовано в производстве термостойких деталей, работающих в услови х циклических тепловых нагрузок.The invention relates to methods for producing high ceramics of ceramic materials based on tightly fusible compounds, in particular silicon nitride and silicon carbide, and can be used in the manufacture of heat-resistant parts operating under cyclic thermal loads.
Целью изобретени вл етс повышение термостойкости.The aim of the invention is to increase the heat resistance.
Получение керамических композитов на основе нитрида и карбида кремни при высокотемпературной азотирующей термооОрабочке компактов, сформованных из порошковых смесей полисилокса- на с кремнием, обусловлено протеканием процессов нсохпслительной термодеструкции полимера и химического взаимодействи кремни с продуктами термодеструкции и газообразным азотом:Production of ceramic composites based on nitride and silicon carbide with a high-temperature nitriding thermo-processing of compacts formed from powder mixtures of polysiloxane and silicon, is caused by the processes of polymer thermal decomposition and chemical interaction of silicon with thermal decomposition products and gaseous nitrogen:
Si02+SiC-rCSi02 + SiC-rC
Si04 + 2C- $iOCO; Si + С 3Si + 2NU- Si, 3SiOi+6C- -2N - . + 6CO; Si+SiO + + Ыг - Si2NЈ0; 2Si02 + 3C + + 3CO;Si04 + 2C- $ iOCO; Si + C 3Si + 2NU-Si, 3SiOi + 6C- -2N -. + 6CO; Si + SiO + + Yr - Si2NЈ0; 2Si02 + 3C + + 3CO;
SiO + Si,.SiO + Si ,.
Термодеструкцн полисилоксана в среде азота начинаетс при температуре / 573 К с разрывов энергетически наиболее слабых св зей Si-C. Нагрев до 773 К приводит к интенсификации этих процессов.The thermal decomposition of polysiloxane in a nitrogen atmosphere begins at a temperature of / 573 K with breaks in the energetically weakest bonds of Si – C. Heating to 773 K leads to the intensification of these processes.
Высокотемпературна (1973 К) термообработка порошковых смесей поли t гHigh-temperature (1973 K) heat treatment of powder mixtures poly t g
сwith
органосилоксана (10 - 40 мас.%) с кремнием (90 : 60 мас.%) приводит к образованию компонента SiC-Si N на оксинитридной св зке.organosiloxane (10–40 wt.%) with silicon (90: 60 wt.%) results in the formation of a SiC – Si N component on the oxynitride bond.
Из приведенной схемы возможных химических превращений в системе кремний-полимер видно, что происхождение всех компонентов получаемого композита может быть различным.From the above scheme of possible chemical transformations in the silicon-polymer system, it can be seen that the origin of all components of the resulting composite can be different.
Рентгенографический анализ показывает , что формирование композита SiC-Si.H на оксинитридной св зке начинаетс уже при 1773 К, а при более высоких температурах идет перераспределение концентрации образующихс фаз в сторону увеличени содержани SiaHaO.X-ray analysis shows that the formation of the SiC-Si.H composite on the oxynitride bond begins already at 1773 K, and at higher temperatures the concentration of the resulting phases is redistributed towards an increase in the SiaHaO content.
Увеличение температуры азотирующего обжига (более 1973 К) приводит к увеличению скорости диссоциации нитрида кремни и, следовательно, к уменьшению содержани азотсодержаших фаз в конечном продукте, что ухудшает термостойкость получаемого материала .An increase in the nitriding calcination temperature (more than 1973 K) leads to an increase in the dissociation rate of silicon nitride and, consequently, to a decrease in the content of nitrogen-containing phases in the final product, which impairs the heat resistance of the resulting material.
Уменьшение температуры обжига (менее 1973 К) приводит к резкому торможению процессов азотировани и, следовательно, к уменьшению концентрации нитрида и оксинитрида кремни в конечном продукте, что обуславливает уменьшение термостойкости получаемого материала.A decrease in the firing temperature (less than 1973 K) leads to a sharp inhibition of the nitriding processes and, consequently, to a decrease in the concentration of nitride and silicon oxynitride in the final product, which leads to a decrease in the heat resistance of the resulting material.
Термообработка сформованных компактов , содержащих менее 10 мас.% или более 40 мас.% полиорганосилок- сана, не приводит к увеличению термостойкости синтезируемого материал по сравнению с прототипом.Heat treatment of molded compacts containing less than 10 wt.% Or more than 40 wt.% Of polyorganosiloxane does not lead to an increase in the heat resistance of the synthesized material compared to the prototype.
В качестве полиорганосилоксана используют полисилоксан с преимущественно линейной структурой, боковые цепи которого представл ют арильные радикалы. Линейные полисилоксановые цепи могут быть сшиты мостиками -Si-0-Si-, привод к образованию рыхлой пространственной структуры.A polysiloxane with a predominantly linear structure, the side chains of which are aryl radicals, is used as the polyorganosiloxane. Linear polysiloxane chains can be crosslinked with -Si-0-Si-, leading to the formation of a friable spatial structure.
В упрощенном виде структура используемого полимера может быть представлена в следующем виде:In a simplified form, the structure of the polymer used can be represented as follows:
, Г /, G /
40-Si-f40-Si-f
ПP
где п Ј1РОО.where n Ј1РОО.
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
Высокий уровень термостойкости композитов SiC-SijN j. получаемых по предлагаемому способу, частично св зан с про влением механизма компенсации ТКЛР отдельных фаз композита на межзеренных пустотных микрообъемах , но главным образом,обусловлен особенност ми строени кристаллической решетки оксинитрида кремни .High level of heat resistance of SiC-SijN j composites. obtained by the proposed method is partly associated with the development of a compensation mechanism for thermal expansion coefficient of individual phases of the composite in intergrain hollow microvolumes, but mainly due to the structural features of the silicon oxynitride crystal lattice.
Решетка относитс у каркасному типу, в котором в силу различи свойстп св тей Si-H и Si-N можно выделить слои (Si - Si)co,co, которые св заны между собой островными мостиками Si-0-Si, вл ющимис наиболее легко деформируемыми элементами решетки. Склонность решетки к упругой деформации и вл етс той причиной, котора приводит к существенному (почти в 6 раз) повышению термостойкости материала,получаемого по предлагаемому способу, по сравнению с известным.The lattice is of the frame type, in which, due to the differences in the Si-H and Si-N bonds, it is possible to distinguish layers (Si-Si) co, co, which are interconnected by Si-0-Si island bridges, which are the easiest deformable lattice elements. The tendency of the lattice to elastic deformation is the reason that leads to a significant (almost 6 times) increase in the heat resistance of the material obtained by the proposed method, compared with the known one.
Пример. Берут 70 мас.% порошка кремни (удельна поверхность 4 м /г) и смешивают в течение 5 ч в шаровой мельнице с 30 мас.% порошка кремнийорганической смолы К-9, котора представл ет собой полисилоксан с преиму1честненно линейной структурой , имеющим редкие боковые ответвлени - мостики -Si-0-Si-, св зывающие между собой линейные цепи. В боковых цеп х смолы К-9 преимущественно наход тс арильные радикалы. Следовательно , используема смола может быть отнесена к классу полифенилси- локсанов.Example. A 70% by weight silica powder (specific surface area of 4 m / g) is taken and mixed for 5 hours in a ball mill with a 30% by weight powder of silicone resin K-9, which is a polysiloxane with a predominantly linear structure with rare side branches - -Si-0-Si bridges interconnecting linear chains. In the side chains of the K-9 resin, aryl radicals are predominantly present. Therefore, the resin used can be classified as polyphenylsiloxane.
Из полученной смеси методом сухого прессовани ( ИПа) формуют заготовки ф 5 и высотой 1 см.Полученный компакт нагревают со скоростью л 120 град/ч до температуры 1973 К в токе азота (1,5 л/мин) и выдерживают при этой температуре в течение 10 ч. После остывани печи до комнатной температуры образцы вынимают и провод т физико-химические исследовани их свойств.From the mixture obtained, the method of dry pressing (IPa) is used to form blanks f 5 and a height of 1 cm. The resulting compact is heated at a rate of l 120 degrees / h to a temperature of 1973 K in a stream of nitrogen (1.5 l / min) and maintained at this temperature for 10 hours. After the furnace has cooled to room temperature, the samples are removed and physicochemical studies of their properties are carried out.
Стойкость образцов к теплоударам определ ют следующим образом. Из спеченного материала вырезают пр мо- уголы ie бруски с размерами 5x5 х х 30 мм. Образцы помещают в электрическую печь в поток азота и выдерживают в ней в течение при температуре 1523 К. После этого образцы перенос т в приточную воду и охлаждают в ней в течение 10 мин.После высыхани образца указанные процедуры повтор ют до по влени на нем трещины . Значение термостойкости определ ют числом термоциклов до по влени трещин.The resistance of the specimens to thermal shots is determined as follows. From the sintered material, cut right angles ie bars with dimensions of 5x5 x x 30 mm. The samples are placed in an electric furnace in a stream of nitrogen and kept there for 1523 K. After that, the samples are transferred to inlet water and cooled therein for 10 minutes. After the sample has dried, these procedures are repeated until a crack appears on it. The heat resistance value is determined by the number of thermal cycles before the appearance of cracks.
Состав исходной шихты и получаемого материала, режим синтеза и свойства получармгго материала приведены в таблице.The composition of the initial mixture and the resulting material, the mode of synthesis and the properties of the semi-armature material are given in the table.
Сравнительный анализ данных,приведенных в таблице, показывает, что предлагаемый способ обеспечивает почти шестикратное увеличение его термостойкости по сравнению с известным. Пропорционально росту термостойкости материала растет и рабочий ресурс изготовл емых из него деталей.A comparative analysis of the data in the table shows that the proposed method provides an almost sixfold increase in its heat resistance compared to the known. In proportion to the growth of the heat resistance of the material, the working life of the parts made from it grows.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884483550A SU1622347A1 (en) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | Method of producing ceramic material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884483550A SU1622347A1 (en) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | Method of producing ceramic material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1622347A1 true SU1622347A1 (en) | 1991-01-23 |
Family
ID=21399666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884483550A SU1622347A1 (en) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | Method of producing ceramic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1622347A1 (en) |
-
1988
- 1988-09-19 SU SU884483550A patent/SU1622347A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент US № 4335217, кл. С 04 В 35/56, опублик. 1985. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pantano et al. | Silicon oxycarbide glasses | |
CA1083790A (en) | Silicon carbide sintered moldings and a method for producing said moldings | |
CA1078879A (en) | Method for producing metal nitride sintered moldings | |
US4761389A (en) | Process for preparing ceramic materials with reduced carbon levels | |
Suttor et al. | Formation of mullite from filled siloxanes | |
CA2189985A1 (en) | Ceramic materials fabricated from hydridosiloxane-based ceramic precursors and metal and/or ceramic powders | |
US5447893A (en) | Preparation of high density titanium carbide ceramics with preceramic polymer binders | |
JPH0764642B2 (en) | Manufacturing method of nitride ceramics | |
US5449646A (en) | Preparation of high density zirconium diboride ceramics with preceramic polymer binders | |
US4742143A (en) | Preceramic polymers derived from cyclic silazanes, and halosilanes and a method for their preparation | |
SU1622347A1 (en) | Method of producing ceramic material | |
EP0742180B1 (en) | Monolithic ceramic bodies using modified hydrogen silsesquioxane resin | |
CA1274674A (en) | Ceramics from silazane polymers by heating in different atmospheres | |
US6146559A (en) | Preparation of high density titanium diboride ceramics with preceramic polymer binders | |
EP0695729B1 (en) | Preparation of high density zirconium carbide ceramics with preceramic polymer binders | |
Chen et al. | Silicon Carbide Via the Hydrolysis-Condensation Process of Dimethyldiethoxysilane/Tetraethoxysilane Copolymers. | |
Mazzoni et al. | Carbonitriding of clay: Relation between the weight loss and crystalline phases during reaction | |
US4861532A (en) | Method of preparing ceramics from polymers derived from cyclic silazanes, and halosilanes | |
US5064915A (en) | Production of infusible polycarbosilanes convertible into silicon carbide ceramics | |
Machado et al. | Composites obtained from alumina and polymer derived ceramic | |
Choi et al. | Pyrolytic Conversion of Spherical Organo‐silica Powder to Silicon Nitride under Nitrogen | |
JPS61136962A (en) | Manufacture of ceramic material from polycarbosilane | |
Wang | Polymer-derived Si-al-cn Ceramics: oxidation, Hot-corrosion, And Structural Evolution | |
EP0437934B1 (en) | High density silicon carbide sintered bodies from borosiloxanes | |
Atwell et al. | Silicon carbide preceramic polymers as binders for ceramic powders |