SU759491A1

SU759491A1 - Способ обработки изделий из огнеупорных волокнистых материалов

Info

Publication number: SU759491A1
Application number: SU782654001A
Authority: SU
Inventors: Aleksandr V Emyashev; Larisa V Lisovskaya; Aleksandr Shestakov; Igor P Shepilov
Original assignee: Aleksandr V Emyashev; Larisa V Lisovskaya; Aleksandr Shestakov; Igor P Shepilov
Priority date: 1978-08-01
Filing date: 1978-08-01
Publication date: 1980-08-30

Description

Изобретение относится к технике получения высокотемпературных материалов , которые последнее время находят все большее применение $

в авиационной и космической технике.

Известен способ получения изделий, по которому производят одновременное формование заготовок путем намотки углеродного волокна на оправку из графита и осаждение из газовой фазы пироуглерода и акарбида кремния при 1540-2200°С на волокнистый материал при атмосферном давлении в течение 1 ч из парогазо- ³вой смеси метана (25-95%), метилтрихлорсилана или тетрахлорида кремния (45-75%) и водорода (остальное) [4]. -И,

По указанному способу получают лишь тела вращения и невозможно получить детали сложной конфигурации с достаточным сцеплением волокон основы. Кроме того, полученный ма- ^5 териал анизотропен, что недопустимо для ряда изделий спецтехники.

При известном способе режимы получения материала с намоткой волокна и осаждением пирокарбида кремния не дают возможности для плотной пропитки материала на всю глубину, а Лишь для осаждения поверхностной пленки.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ насыщения пирокарбидом кремния углеродсодержащего волокнистого изделия [21.По этому способу сначала формуют углеволокнистую основу изделия с помощью измельчения в гидропульпаторе, осаждения, пироуглерода в течение 15-30 ч до плотности 0,180,20 г/см³, а затем ведут насыщение пирокарбидом кремния из парогазовой фазы из смеси четыреххлористого кремния, метана и водорода при 12001300°С.

Такой способ позволяет получать композиционный материал с недостаточной Пропиткой по толщине, недостаточной прочностью и малой пластичностью.

Цель изобретения - повышение прочности, термостойкости и плотности изделий.

Поставленная цель достигается тем, что при способе обработки изделий из огнеупорных волокнистых материалов путем последовательного насы759491

щения пироуглеродом и пирокарбидом

кремния, перед насыщением пирокарбидом КрёМнйя изделия обрабатывают метилтрихлорсиланом или метилдихлорсиланом при 800-1200°С, давлении 51000 мм рт. ст. и расходе реагента 5-75 л/ч в течение 5-20 ч. ²

При насыщении основы с плотностью до 0,4 г/см³ из метилтрихлорсилана или метилдихлорсилана получается эффект ядра - происходит насыще- .

ние внутренней части материала изделия (на 30-60% по объему). Плотность его составляет 1,5-2,2 г/см³. Плотность остального материала сохраняется исходной. Форма плотного ядра повторяет геометрию изделия. 15

Наблюдаемый эффект внутреннего уплотнения вызван, по-видимому, протеканием реакции, подобной.цепным с участием промежуточного продукта распада радикального типа. 20

Наличие индукционного периода (где отсутствует реакция) и внезапного нарастания ее на определенном

участке подтверждает это предположение. Реакция дальнейшего насыщения из тетра-^с хлорида кремния носит другой характер: она идет от поверхности к сере< г

дине и насыщает оставшуюся ~части до нужной плотности. 20

В результате двух этапов насыщения можно получить материал двух типов: первый - с равномерным плотным насыщением по всему объему, второй - плотным ядром внутри изделия' и более мягкой остальной частью, ³

что повышает пластические свойства "изделий........

Основа под насыщение и параметры процессов выбраны следующим образом.

Для приготовления основы берут 40 волокно углеродное, борное, или из нитрида кремния, измельчают в гидроили аэропульпаторе до филаментов длиной ί-б мм. Полученную пульпу помещают в формовочный короб для уда- 45 ления воды или воздушной усадки. Сформованную плиту с помощью грифитовых болтов подпрессовывают между двумя перфорированными графитовыми оправками. Усилие подпрессовки’45 кг/см² (для углеродного диспергированного волокна) и 3-10 кг/см²(для борного и из нитрида кремния).

Плиты из более легких волокон, борйых и нитрида кремния приобретают . сцепление, и имеют плотность 0,1 - ”

0,3 г/см³ и могут быть использованы длй процесса насыщения в таком виде.

Плиты из углеродного волокна не подпрессовывают при давлении выше 5 кг/см® ввиду повышенной хрупкое- 60 ти волокна, его подвергают связыванию пироуглеродом при 1000°С, давлении 20 мм рт. ст., расходе реагента 3 л/ч. Время процесса 90 ч. Плотность получаемой основы 0,25-0,40 г/см³. 65

Для спецтехники могут быть использованы пл.иты или детали сложной формы, для изготовления которых полученная основа проходит механическую обработку.

Полученные детали поступают на насыщение пирокарбидом кремния. Насыщение из метилтрихлорсилана или меметилдихлорсилана происходит при 8001200°С и давлении 5-100 мм рт. ст.

При более низких давлениях насыщение практически не идет, при более низких давлениях насыщение практически не идет, при более высоких - образуется сажа, что недопустимо.

Расход 5-75 л/ч. При более низких расходах насыщение практически не идет, при более высоких расходах образуется покрытие.

Время 5-20 ч обеспечивает плотность ядра 1,5-2,2 г/см³.

Тетрахлорид кремния и водород берут в соотношении 4:1. При меньших соотношениях в осадке получается не карбид, а пирографйт, легированный кремнием, при больших соотношениях образуется покрытие.

Разбавление водородом производят в 8-10 раз, оно обеспечивает участие в реакции и транспортировку газовой смеси по всей длине реактора. При меньших разбавлениях у входа из реактора образуется сажа, большее разбавление экономически нецелесообразно.

Температура процесса насыщения из тетрахлорйда кремния составляет 12001300°С. При более низкой температуре процесс идет с недостаточной скоростью. При температуре выше 1300°С получается покрытие.

Давление 5-50 мм рт. ст?, расход 5-50 л/ч. При давлении меньше _;

5 мм -рт. ст. , и расходе меньше 5 л/ч реакция насыщение практически не идет. При давлении выше 50 мм рт. ст. и расходе больше 75 л/ч получается покрытие.

Время процесса составляет 10-30 ч. Это обеспечивает получение плотности 0,8-1,6 г/см'С выходом на покрытие толщиной. 0,1 мк.

При прохождении процесса растет толщина покрытия, что нежелательно, так как повышается его хрупкость.

Пример!. Углеродное волокно ВМП-4 измельчают в гидропульпаторе , в течение 30 с. Пульпу выливают в формовочный короб размером 300х250х х160, сушат. Высушенную плиту зажимают между перфорированными графитовыми плитами при давлении 5 кг/см² и помещают в печь на пропитку углеродом при температуре 1000°С, давлении метана 40 мм рт. ст.,, расхода реагента 3 л/ч. Через 90 ч выгружают. Плотность полученной основы составляет 0,3 г/см³. Полученный Материал в виде изделий для спецтехники (после

5

759491

6

прошедшей механической обработки) помешают в электровакуумную печь для насыщения пирокарбидом кремния.

Сначала процесс ведут в среде метилтрихлорсилана или метилдихлорсилана при 1200°С, расходе реагента 75 л/ч, давлении 50 мм рт. ст. при скорости нагрева 5-20 град/мин в течение 20 ч и получают внутреннее ядро с плотностью 1,6 г/см³.

Далее процесс ведут в среде тетрахлорида кремния, метана и водорода, расходуемых в количестве 40 л/ч,

10 л/ч, 800 л/ч (соответственно) в течение 10 ч. Получают материал с уплотненным ядром и общей плотностью 1,2 г/см^.

П р и м е р 2. Основу из диспергированных борных волокон готовят по примеру 1, зажимают при давлении 10 кг/см³, получают при этом .удовлетверительное сцепление.

Полученную основу в виде плит 150x150x49 помещают в электровакуумную печь для насыщения пирокарбидом кремния. 25

Сначала процесс ведут в среде метилтрихлорсилана при 1150°С, расходе 50 л/ч 20 мм рт. ст. в течение 25 ч.

Материал ___________

по при- Плотность, меру г/см³

I I I I П* I

Показатели

Микротвердость,

кг/мм²

Получают внутреннее ядро с плотностью 1,5 г/см^э.

Далее процесс ведут в среде тетрахлорида кремния, метана и водорода, взятых в количестве 40:10:100л/ч 5 соответственно, в течение 20 ч и получают материед с равномерной плотностью по толщине изделия 1,5г/сьг

ПримерЗ. Волокна иэ нитрида кремния измельчают в аэропульпаторе, 10 помещают в короб с небольшим придавливанием, затем полученную пульпу подпрессовывают между двумя графитовыми пластинами давлением 10 кг/см^э. Подготовленные таким образом плиты .. помещают в печь, сначала в газовую среду метилдихлорсилана при температуре 800°С, расходе 25 л/ч. Получают ядро с плотностью 1,2 г/см^э.

Затем процесс продолжают в среде тетрахлорида кремния, метана, водоро-; да (20 л/ч,'5 л/ч,400 л/ч соответственно) при температуре 1200°С, расходе тетрахлорида кремния 50 л/ч, давлении 20 мм рт. ст. в течение 7 ч.

Окончательная плотность материала составляет 1,2 г/см^э.

Свйоства полученных материалов в сравнении со свойствами прототипа приведены в таблице.

Прочность при из гибе, кг/мм ²

Внутри

ядро

Около

поверхности

Внутри

ядро

Около

поТермический удар без трещин ,

°С -воздух

верхности

1	1,6	0,8	1200	3400	8,68	1200
2	1,5	1,5	2500	2500	6,78	900
3	1,2	1,2	2000 ·	2000	6,92	900
Прототип	1	,0	3000	3400	4,0

Из приведенной таблицы видно, что значительно повышается прочность материала и достаточна пластичность, материал выдерживает тер- 50 моудар до Ϊ200 - 20°С.

Повышение прочностных свойств увеличивает срок слугбы изделий спецтехники и КПД двигателей летательных аппаратов на 15-20%, что даст 55 значительный экономический эффект. ·

Claims

Формула изобретения

Способ обработки изделий из огнеупорных волокнистых материалов, путем последовательного насыщения пироуглеродом и пирокарбидом кремния,

отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, термостойкости и плотности изделий, перед насыщением пирокарбидом кремния изделия обрабатывают метилтрихлорсиланом или метилдихлорсиланом при 8001200°С, давлении 5-100 мм рт. ст. и расходе реагента 5-75 л/ч в течение 5-20 ч.