TR2022003264T2 - İşlevselli̇ğe göre derecelendi̇ri̇lmi̇ş yapilarin sürekli̇ serami̇k fi̇lamentlerden üreti̇m yöntemi̇ - Google Patents
İşlevselli̇ğe göre derecelendi̇ri̇lmi̇ş yapilarin sürekli̇ serami̇k fi̇lamentlerden üreti̇m yöntemi̇Info
- Publication number
- TR2022003264T2 TR2022003264T2 TR2022/003264 TR2022003264T2 TR 2022003264 T2 TR2022003264 T2 TR 2022003264T2 TR 2022/003264 TR2022/003264 TR 2022/003264 TR 2022003264 T2 TR2022003264 T2 TR 2022003264T2
- Authority
- TR
- Turkey
- Prior art keywords
- fiber
- ceramic
- layer
- fibers
- layers
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 22
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 12
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 12
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 71
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 12
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 7
- 229920006184 cellulose methylcellulose Polymers 0.000 description 7
- 238000012710 chemistry, manufacturing and control Methods 0.000 description 7
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 7
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000011153 ceramic matrix composite Substances 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 3
- 229910052575 non-oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011225 non-oxide ceramic Substances 0.000 description 3
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 229920000914 Metallic fiber Polymers 0.000 description 1
- 229910003564 SiAlON Inorganic materials 0.000 description 1
- VCHVXUQQZMQWIY-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[Mg].[Li] Chemical compound [AlH3].[Mg].[Li] VCHVXUQQZMQWIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003471 anti-radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 210000001331 nose Anatomy 0.000 description 1
- WHOPEPSOPUIRQQ-UHFFFAOYSA-N oxoaluminum Chemical compound O1[Al]O[Al]1 WHOPEPSOPUIRQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920003257 polycarbosilane Polymers 0.000 description 1
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
Abstract
Mevcut buluş, RF - geçirgen yapılar hazırlamak için sürekli seramik filamentlerin sarılması yolu ile çoklu seramik katmanların oluşturulduğu bir metottur. Her bir katmanın dielektrik özellikleri, filamentler arası aralık, filament sayısı ve kalınlığı ile karakterize edilir. Birden fazla katman oluşturulduktan sonra, yapı sargı yüzeyinden (örn. mandrel) çıkarılır, ayrı bir düzenekte reçine ile emdirilir ve pişirilir.
Description
TARFNAME ISLEVSELLIGE GORE DERECELENDIRILMIS YAPILARIN SUREKLI SERAMH(HLAMENTLERDENURETmnYONTEMI Teknik Alan Mevcut bulus, RF - geçirgen yapilar hazirlamak için sürekli seramik filamentlerin sarilmasi yolu ile çoklu seramik katmanlarin olusturuldugu bir metottur. Arka plan Hipersonik füzelerdeki gelismis radar sistemleri, geleneksel radom teknolojisinde kullanilan malzemeleri ve üretim tekniklerini etkilemektedir. Yüksek sicakliklara, termomekanik yüklere ve agresif çevresel faktörlere karsi koyarken birden fazla hedefi radar ile etkili ve hizli bir sekilde tespit etme ihtiyaci, üst düzey füze radomlarinin gelistirilmesini gerektirmektedir. Elyaf ile güçlendirilmis seramik matris kompozit (FR-GMC), yukarida yer verilen endiselerin çogunu karsilamak için umut verici bir çözümdür. Bu kompozitler, daha sonra seramik bir süspansiyon ile emprenye edilen elyaf [1, 2] gibi seramik filamentler kullanilarak 2D (dokuma, atkili örme, örgü, çözgülü örme) ya da 3D (3D dokuma, 3D spacer) kumaslar hazirlanarak üretilir. Seramik elyaf, uygulamaya bagli olarak oksit olabilir ya da oksit olmayabilir [3 - 51. Füze radomlarini gelistirmek için CMC teknolojisi, son yillarda önemli bir ivme kazanmis durumdadir. US Pat. No. 5,738,750 sayili belge, petegin her iki tarafinda silika esasli reçine (agirlikça % 35) ile emdirilmis silika elyaftan (agirlikça % 65) olusan kuvars kumasi yiginlari ile petek yapinin kaplandigi çok katmanli radom katmanlari gelistirme metodunu açiklamaktadir. Inorganik reçine ya polisilikon ya da polisilozan olup, pirolizden sonra sirasi ile silika ya da silisyum nitrüre dönüstürülür. Bununla birlikte, bu katmanlarin birlestirilmesi ile radom seklinin nasil olusturulduguna dair net bir tariften açikça bahsedilmemistir. US Pat. No. 7,118,802 sayili belgede 6+ Mach hizinda uçan bir füze radomu için isterler açiklanmaktadir. Onerilen yapi, yük tasiyan kolloid emdirilmis FR- CMC tabakasindan ve isi yalitim tabakasindan olusmaktadir. Kolloid, agirlikça süspansiyon iken, yalitim tabakasi, seramik parçaciklar ile doldurulmus % 45 açikliga sahip bir köpüktür. Katmanlar, yüksek sicaklikta kararli bir yapistirici ile yapistirilir. Daha önce bahsedilmis olan patente benzer bir sekilde, bu belgede de radomun bu ayri katmanlar kullanilarak nasil sekillendirildigine dair net bir açiklama bulunmamaktadir. Genis bantli HARM anti-radyasyon füzesinin yapisi [7] 'de çizilmistir. Bu modele göre, 3 mm kalinliginda, düsük dielektrik petek yapisi, daha ince, yüksek dielektrik tabakalar arasina sandviçlenmistir. Açik literatürde açiklanan bilgilere benzer bir sekilde, genis bantli radar muhafazanin nasil insa edildigine dair hiçbir açiklama yoktur. Seramik genis bantli füze radomlarinin imal edilmesi, malzeme ve üretim teknolojilerinin seçimi konusunda çesitli kisitlamalar getirmektedir. Süper / hipersonik füze radar muhafazalarina yönelik malzemeler yillardir iyi bilinmesine ragmen, yüksek Mach sayilarinda uçan genis bantli radomlari gelistirmek için üst düzey teknolojilerin kabul edilmesi nispeten yenidir. Sonuç olarak, büyük olasilikla ya fonksiyonel derecelendirme ya da genis bant özelligini uygulayan sandviç yapilar ile hazirlanan seramik genis bantli radomlarin imal edilmesi hakkinda sinirli bilgi bulunmaktadir. Daha önceki çabalar çogunlukla dar I tek bantta çalisan büyük, tek katmanli seramik radomlari sekillendirmeye odaklanmaktaydi. Kalip sistemi ile birlikte belgeler), çamur döküm [8], çamur döküm ve ardindan kimyasal buharla kaplama (CVD) (US Pat. No. 4,358,772 sayili belge), katmanli üretim (US Pat. Bu bilgilere dayali olarak, seramik genis bantli radomlarin imalatindaki ilerlemeyi engelleyen faktörler su sekilde özetlenebilir: o Seramik malzemenin kirilgan yapisi, hatasiz daha büyük parçalar için sekillendirmeyi ve sinterlemeyi zorlastirmaktadir. Çok katmanli yapinin ayri seramik katmanlari arasindaki CTE (Termal Genlesme Katsayisi) uyumsuzlugu, pisirme sirasinda mikro çatlaklara ve katman ayrisimina neden olur. Yapinin güzenek zinciri boyunca parçalanmasi nedeni ile dielektrik sabitini gözeneklilik vasitasi ile derecelendirmenin zorlugu. Mevcut bulus, RF - geçirgen yapilar hazirlamak için sürekli seramik filamentlerin sarilmasi yolu ile çoklu seramik katmanlarin olusturuldugu bir metottur. Her bir katmanin dielektrik 'özellikleri, filamentler arasi aralik ve filament sayisi ile karakterize edilir. Birden fazla katman olusturulduktan sonra, yapi sargi yüzeyinden (brn. mandrel) çikarilir, ayri bir düzenekte reçine ile emdirilir ve Bu bulusta ele alindigi gibi seramik genis bantli füze radarlarinin seramik elyaf ag yapilar ile imal edilmesi asagidaki ayirt edici özelliklere sahiptir: Dogasi geregi kirilgan seramik malzeme, bükülebilir ve esnek olan sürekli seramik elyaf ile bir mandrel üzerinde sekillendirilir. Filamentler, elyaf, elyaf demetleri ve kumaslar arasindan seçilebilir. Filamentler (bu noktadan itibaren elyaf olarak adlandirilir) örnegin SiOz, Al2Os, SiC ya da bunlarin karisik bilesimleri gibi bir dizi oksit ya da oksit olmayan seramik arasindan seçilebilir. Elyaflar saf seramik, organik tasiyici eklenmis ya da PDC (Polimerden Türetilmis Seramik) menseli olabilir ve bunlar, baglayicinin uzaklastirilmasi ve pisirme isleminden sonra saf seramige dbnüstürülür. Organik ve sentetik yapidaki elyaf (pamuk, Aramid, Kevlar, poliakrilonitril ve benzeri) ayrica, pisirme sirasinda yapida gözeneklilik (düsük dielektrik bölgeler) olusturan zamanla malzemesini kaybeden katmanlar olarak da kullanilabilir. Elyaf, örnegin mandrel gibi bir destek üzerine x, y ve 2 ybnlerinde dolanabilir, sarilabilir ya da orülebilir (islemler bu noktadan itibaren orme olarak adlandirilmistir). Yapinin her bir katmani, belirli bir dielektrik sabiti olan sürekli seramik elyafin bir modele göre örülmesi yolu ile olusturulur. Kalip üzerindeki sarma açisi, elyaflar arasindaki açiklik (katman gözenekliligi) ve sarma sayisi (katman kalinligi), modelin tanimlayici parametreleridir ve dolayisi ile de tabakanin dielektrik bzellikleridir. Baska bir deyisle, dielektrik katman mutlaka malzemenin kendisi tarafindan tanimlanmak zorunda olmayip, elyaf ag yapi tasarimi tarafindan tanimlanir. Malzeme seçiminde ve katman düzenlemesinde bu tür bir esneklik, RF tasarim yeteneklerini güçlendirir. Kalinlik boyunca gözeneklilik derecelendirmesi yolu ile dielektrik sabitinin derecelendirilmesi, seramik elyaf ag yapinin yogunlugu ile, esas olarak da elyaflar arasi açiklik ile belirlenir. Daha düsük dielektrik sabitli katman, elyaflar arasi araligin daha genis tutulmasi ile elde edilir. Gözeneklilik derecelendirmesi, pisirme sirasinda kontrol edilmesi zor olan gözenek olusturucular kullanilmak sureti ile matris elemaninin kademeli olarak gözenekli hale getirilmesi ile degil, seramik elyaf aginin yogunlugu ile elde edilir. Kalibin üzerindeki örgülü tabakalar kaliptan bir sepet olarak çikarilir ve vakum ya da basinç altinda, tanimlanmis bilesime sahip bir reçine ile emprenye edilir ve yas (green) durumda bile gerçek boyuta yakin sekilli bir yapi elde edilir. Bu da sinterlenmis gövdeler için tipik isleme sürelerini hizlandiran seramigin yas islenmesine imkân vermektedir. Matrisi olusturan yalnizca bir tür bulamaç (reçine) kullanilir. Bu nedenle de, katmanlar arasinda reçine uyusmazligina yonelik endise bulunmamaktadir. . Tüm katmanlarda bir reçinenin kullanilmasi, katmanlar boyunca homojen bilesimin tek bir matrisini temsil ettiginden dolayi, CTE uyumsuzluguna bagli kusur riskini ortadan kaldirir. o Reçine bilesimi saf seramik ya da inorganik tabanli olabilir ve bu, oksidasyon ya da piroliz yolu ile sinterleme ile seramige dönüstürülür. 0 Yapi, elyaflar arasi araligi dolduran inorganik reçine sebebi ile çok daha toktur. Bu kompozit yapi, saf seramik gövdede oldugu gibi ani ve yikici kirilma yerine, yapinin çalisma kosullari altinda kademeli olarak bozulmasina yardimci olur. . Nihai yapi, geleneksel teknikler ile düsük üretkenlige yol açan karmasik ve zaman alan süreçleri önleyen gerçek boyuta yakin final sekle sahiptir. Sekillerin Kisa Açiklamasi Sekil 1, her bir katmanda farkli örgü yogunlugu (elyaflar arasi açiklik) ve örgü sayisina (katman kalinligi) sahip olan özdes elyaf kullanarak mandrel üzerinde fonksiyonel olarak dereoelendirilmis (dielektrik dereoelendirilmis) katmanlarin olusturulmasini göstermektedir. Sekil 2, her bir katmanda farkli sarma yogunlugu ve sarma sayisi ile ayni kumas kullanilarak fonksiyonel olarak derecelendirilmis katmanlarin mandrel üzerinde olusturulmasini göstermektedir. Detayli Açiklama Elyaf ile güçlendirilmis seramik matris kompozitler (FR-GMC), yigin seramiklere kiyasla gelistirilmis tokluk ve hasar toleransina sahip olan gelismis ve istege göre uyarlanabilir malzemelerdir [6]. Genel olarak, takviye edici elyaf inorganik ve organik elyaf olarak siniflandirilabilir [4]. Organik elyaf çogunlukla karbon ve polimer elyaf iken, inorganik elyaf bundan baska olarak metalik olmayan ve metalik elyaf olarak ayrilabilir. Seramik elyaflar, cam i' mineral ve tek kristal elyaflar ile birlikte metalik olmayan inorganik elyaf ailesine aittir [4]. CMC uygulamasi için elyaf malzeme seçimi büyük önem tasimaktadir. Yüksek Mach sayili uçuslar sirasinda radar muhafaza malzemesi üzerindeki sicakliklarin 1.000 °C'ye kadar çiktigi ve bunun da elyaf malzeme seçimini sinirladigi bilinmektedir. Polimer ve cam elyaflar, sirasi ile 500 C ve 700 °C bozulma sicakliklarina sahip olup, bu da onlarin daha yüksek sicakliklarda CMC'lerde etkin kullanimlarini sinirlamaktadir [6]. Bu nedenle de, seramik elyaflar, yüksek sicakliklara ve yüksek hizlarda mekanik / termomekanik yüklere maruz kalan havada tasinan bilesenler için yüksek performansli CMC'leri desteklemek için dogru seçim olarak ortaya çikmaktadir. Seramik elyaf, oksit ya da oksit olmayan seramikler olarak siniflandirilir. Ilk grupta yer alanlar, yüksek çevresel stabilite sergileyen ancak sinirli yüksek sicaklik sünme performansi sergileyen alümina (AI203) esasli elyaflardir. Bu tür elyafin alümina bilesimi, % 10 ila % 100'e kadar bir aralik içinde seçilebilir. Oksit olmayan seramik elyaflar çogunlukla SiC'dir ve zayif kimyasal stabilite ile birlesen mükemmel isil sünme davranisina sahiptir. Bu elyaflarin SiC kismi, çalisma isterlerine bagli olarak % 10 ila % 100 araligi içinde degisebilir. Her iki elyaf sinifi için, kristalinite, morfoloji, malzeme boyunca homojenite ve yüzey kaplama, elyaf ile matris arasinda zayif bir ara yüz saglamak sureti ile yapinin hasar toleransini belirleyen bir diger kritik fakt'ordür [4, 6]. Iki fiber türü arasindaki seçim, büyük ölçüde matrisin tipine ya da elyaf ag yapiyi dolduran inorganik reçineye baglidir. Oksit elyaf ideal olarak oksit matris ile (oksit kompozit) ve oksit olmayan ise oksit olmayan matris ile (oksit olmayan kompozit) kullanilmalidir. Bununla birlikte, ayrica ara karisimlar da, daha yeni uygulamalara yol açacak sekilde, farkli isleme teknikleri vasitasi ile hazirlanir. Oksit kompozitlere gelince, düsük konsantrasyonlarda SiO2 ve 8203 ile harmanlanmis saf A|203 ya da AI203 ile hazirlanan elyaf, CMC'nin oksidasyonunu ve alkalin direncini 'önemli 'ölçüde artirmaktadir [3, 4]. Oksit olmayan kompozitler için, C ya da BN ile kaplanmis SiC elyafi, SiC matris kompozitin yüksek sicaklik deformasyonuna dayanmasina olanak tanir [4]. Al203 ve SiC seramiklerinin elyaf ve yigin formlari arasindaki karsilastirma Tablo 1'de sunulmustur. Elyafin d'okmeye göre önemli 'ölçüde üstün gerilme mukavemeti, zorlu çevresel kosullar altinda bu elyafin dikkate alinmasi için Tablo 1: Seramik elyaf ile yigin seramik özelliklerinin karsilastirilmasi Malzeme Birim AI203 SiC Mukavemeti Katsayisi Sicakligi a: Nextel 610, b: Kyocera A601D ( 99 %) c: Nippon Carbon Hi-Nicalon "8" (99,8 %), d: Kyocera SC211 *: Tek filament s % 1 gerinim /69 IVlPaI 1.000 saat **: Tek filament 500 MPa/1.000 saat +: tahmini Ozetlenecek olursa, seramik elyaf, yigin seramiklerin hasar toleransini gelistirirken tokluk saglamaktadir. Ornegin ergitilmis silika, Magnezyum Lityum Alüminyum Silikat, Si3N4, SiAION, AI203 gibi malzemelerden yigin seramik olarak üretilen süper / hipersonik füze radar Alüminyum Silikat, muhafazalari, kirilgan yapilari nedeni ile ekstrem kosullar altinda yikimsal is görmezlik ile sonuçlanma riskini tasimaktadir. Bu seramiklerin üretiminde kullanilan örnegin Çamur döküm, cam eriyik döküm, sicak kaliplama gibi teknikler, sekillendirme, kurutma, pisirme ve isleme adimlarinda seramigin kirilmasi nedeni ile düsük verime sahiptir. odak CMC'lerin hazirlanmasidir. Bu metot izlenmek sureti ile, seramik elyaflar ve bu elyaflar ile Sunulan metodun noktasi seramik elyaf takviyeli uyumlu olan inorganik reçineler, örnegin ses alti, süpersonik ve hipersonik hizlarda uçan askeri ve sivil uygulamalar için radomlar, mikrodalga geçirgen koruyucular, kapaklar ve burunlar gibi havadan tasinan yapilarin hazirlanmasi için kullanilabilir. Arzu edilen frekanslarda malzeme uyumlulugu ve RF- geçirgenligi saglandigi sürece mevcut elyaf ve reçinelerin kombine edilmesi bakimindan herhangi bir kisitlama bulunmamaktadir. Buna ilave olarak, metot hem genis, hem de dar ve tek bantli radomlar olusturmak için uygulanabilir niteliktedir. Elyafin tipi ve çapi, örgü tipi, elyaf açikligi ve tabaka basina kalinligi, bulamaç malzeme bilesimi, arzu edilen elektromanyetik performansa göre tasarlanmistir. Bu bulusta, sürekli ve özdes seramik elyaflar, genis bantli radomun çoklu katmanlarini olusturmak için kullanilmaktadir. Her bir katman, sarma / örgü açisi, yönü, örgü yogunlugu (elyaflar arasi açiklik) ve sarma sayisi (katman kalinligi) ile karakterize edilen belirli bir elyaf modeli ile tanimlanmaktadir. Bu nedenle de model, onun elyaflar arasi açikligi ve elyaf kalinligi vasitasi ile katmanin dielektrik özelligini belirlemektedir. Radomun genis bant özelligi, katman özellikleri degistirilerek optimize edilebilir. Dereceli gözeneklilige sahip yapinin imal edilmesi, ilk önce minimum dielektrik sabitini (maksimum gözeneklilik) elde etmek için sürekli seramik elyafin, dogrudan örnegin mandrel gibi belirli bir destek yüzeyi üzerinde belirli bir modelde örülmesi ile baslar. Orme islemi yapilmadan önce mandrel, islemin sonunda örülmüs yapinin rahatça çikarilmasini kolaylastirmak için yapismayan bir kimyasal ile kaplanir. Birinci katmanin arzu edilen kalinligi sarildigi zaman, artan elyaf yogunluguna sahip sonraki katmanlar birbiri üzerine örülür. Eger ardisik katmanlardaki seramik elyaf 15° - 135° arasinda bir açisal yönelimde sarilacak olursa yapisal bütünlükte önemli ölçüde iyilesme elde edilebilir. Bu tasarimda, minimum dielektrik sabitini temsil eden mekanik olarak en zayif katman, radar muhafazasinin en iç kismi ile sinirlandirilir ve bu nedenle de, dis yüzeydeki agresif ortamdan korunur. Bu yaklasim, mandrelin, her birinin benzersiz bir model ve dielektrik sabiti ile belirtildigi 3 farkli katman ile sarildigi Sekil 1'de temsil edilmektedir. 1inci katman, minimum dielektrik sabiti 51 sergileyen maksimum elyaf açikligina sahiptir. Elyaf yogunlugu, sirasi ile 22 ve 53, dielektrik sabitlerini vererek 2nci katmandan Büncü katmana kadar kademeli olarak artar. 81- 3 'ün, katmanlarin, farkli elyaflarin dielektrik sabiti ile degil, ayni elyafin belirli modelleri ile tanimlanan dielektrik sabiti degerleri oldugunu belirtmek önemlidir. 3 katman örüldügü zaman, derecelendirilmis gözeneklilige sahip çok katmanli yapi mandrelden çikarilir ve süzdürme islemine hazir hale gelir. Katman kalinligi, örgü sayisi ile tanimlanir ve her bir katman kalinligi özdes tutulabilir ya da belirli bir RF tasarimina g'ore degistirilebilir. Alternatif olarak, elyafa bir alternatif olarak çok katmanli ve islevsel olarak seramik yapilari olusturmak için seramik kumaslar da ayrica kullanilabilir. Kumaslar elyaftan daha genistir ve bu nedenle de imalat sürecini hizlandirirlar. Kumaslarin liflerin yerini almasi durumunda, yapi yukarida belirtilen teknige benzer islemler ile insa edilir (Sekil 2). Bu durumda, daha agresif kosullara egilimli olan dis yüzeyden (kaplama) uzaktaki en içteki katman olarak, daha yüksek dokuma arasi açikliga sahip olan mekanik olarak daha zayif katman ilk önce brülür. Katman 1 (L_1) maksimum dokuma açikligina ve dolayisi ile de minimum dielektrik sabitine sahipken, katman 3 (L_3) minimum dokuma açikligini ve dolayisi ile de maksimum dielektrik sabitini sergilemektedir. Bu nedenle de, katmanlarin dielektrik sabitlerinin sirasi 8L_1 < aL_2 < eL_3 olarak yazilabilir. Sürekli elyaf mandrel üzerine sarildiktan ve arzu edilen genis bant performansini karsilayan yapiya ait tüm katmanlar istiflendikten sonra, yapi mandrelden çikarilir. Bu, temel olarak, belirli bir tasarima g'ore örülmüs olan yogun bir elyaf ag yapi ile olusturulan, süzdürme için hazir bir sepettir. Bulamaç süzdürme, bulamacin elyaflar arasi bosluklari doldurdugu bir islemdir. Bu islem en iyi sekilde, elyaf sepetin, bulamaç ile dolu 'Özel bir hazne içine yerlestirildigi durumda vakum altinda gerçeklestirilebilir. Alternatif olarak sepet, bulamaç ile beslenen, yapismaz yüzeylere sahip olan paslanmaz çelikten mamul disi ve erkek kaliplarin arasina yerlestirilebilir ve bu kaliplar tarafindan desteklenebilir. Her iki metotta da vakum, bulamaci optimize edilmis reoloji ile elyaflar arasindaki açik alanin içine hareket ettiren kapali hazne ya da kaliplarda uygulanir. Farkli bir yaklasimda sepet, akiskanligi az olan yogun bulamaç ile dolu bir kap içine daldirilabilir. Yapi daha sonra karsi taraftan bulamaç olmaksizin (iç taraf) vakuma maruz birakilir, bu da bulamaci elyaflar arasindaki açikliklarin içine Bu metotlarin tamaminda, elyaf yapinin bütünlügü dikkatli bir sekilde izlenmeli ve vakumun neden oldugu olasi bir deformasyona karsi korunmalidir. Daha fazla islem kabilinden, pisirilen yapilarin islenmesi de ayrica düsünülebilir ve elyaflar matris tarafindan tanimlanan konturu takip ettiginden dolayi yapi üzerinde hiçbir zararli etki olmaksizin uygulanabilir. Bulamaç emdirilmis elyaf ag yapisi dikkatli bir sekilde kurutulur ve baglayici uzaklastirilir. Tüm isil islem, yapi üzerinde örnegin çatlak baslatma ve yayilma, kirilma, sarkma, siskinlik, çökme gibi geri dönüsü olmayan etkiler yaratma potansiyeline sahip oldugundan dolayi, baglayicinin uzaklastirilmasi ve sinterleme profilleri dikkatli bir biçimde optimize edilmelidir. Bu nedenle de, ham maddeler, islemden önce kendi bilesimleri ve reolojik ve isil-mekanik davranislari açisindan dikkatli bir sekilde karakterize edilmelidir. Açiklanan bulus, sürekli oksit / oksit olmayan elyaflar ve bu elyaflar ile uyumlu bulamaçlar için uygulanabilir. Baska bir deyis ile malzemelerin uyumlulugunu ve nihai yapinin performansini garanti etmek için elyaf - bulamaç çifti birlikte tanimlanmalidir. Elyaf, matrisin sicaklik stabilite araligi, düsük CTE, düsük dielektrik sabiti ve kaybi ve yüksek isil-stabilite ve mekanik mukavemet ile karsilastirilabilir bir sinterleme sicakligina sahip olmalidir. Bundan baska olarak, bu özelliklerin korunmasi I sicaklik dalgalanmalari ile hafifçe sapmasi beklenir. Bu isterlerin çogu, onlarca yildir ticari füze radomlarinda kullanilan ergimis silika vasitasi ile oldukça iyi bir sekilde karsilanmaktadir. Bu nedenle de, polisilikon, polisilozan, polikarbosilan içeren PDC esasli bulamaçlar, seçilen elyaflar ile kullanilmak üzere aday bulamaçlardir. Alternatif olarak, ayrica, örnegin çesitli bilesimlerde alümina gibi malzemeler içeren bulamaçlar, yukarida bahsedilen elyaf- bulamaç özellikleri eslestigi sürece kullanilabilir. Örnegin ergimis silika, Magnezyum Alüminyum Silikat, Lityum Alüminyum Silikat, Si3N4, SiAlON, Al203 gibi mevcut radar muhafaza malzemeleri için elyaf seçimi sinirlidir. Tüm ticari ürünler arasinda, AI203 ve SiC, sirasi ile oksit ve oksit olmayan elyaflar için ticari olarak temin edilebilir adaylardir. Bunlarin ilki, çesitli uygulamalardaki isterleri karsilamak için farkli bilesimler halinde üretilirken, ikincisi yüksek sicakliklarda yari iletken olmasina dair bildirilen karakterinden dolayi bir radom malzemesi olmak için tam olarak uygun degildir. Açiklanan bulus, genis bantli yapinin dielektrik katmanlarinin, malzemenin kendisi tarafindan degil, elyaf tasarimi ile düzenlenmesi yolu ile bu sinirlamanin üstesinden gelmektedir. Sarma yogunlugu (elyaf arasi açiklik) ve sarma sayisi (katman kalinligi), her bir katmanin dielektrik sabitini tanimlayan iki ana parametredir. TR TR TR
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TR2022003264T2 true TR2022003264T2 (tr) | 2023-06-21 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100624094B1 (ko) | 탄소섬유 강화 세라믹 복합체 제조방법 | |
US4390583A (en) | Alumina-alumina composite | |
US10612186B2 (en) | Method for producing a curved honeycomb structure made from composite material | |
EP2210868B1 (en) | Composite material | |
CA2920510A1 (en) | Ceramic matrix composite articles and methods for forming same | |
RU2695828C2 (ru) | Армирующая волокнистая структура для деталей из композиционного материала с большим диапазоном толщины | |
US11560650B2 (en) | Fiber structure and a composite material part incorporating such a structure | |
JP2016527173A (ja) | 低融点含浸によって複合部品を製造するプロセス | |
US7300621B2 (en) | Method of making a ceramic matrix composite utilizing partially stabilized fibers | |
US12054435B2 (en) | Fabrication method of multilayer ceramic structures by continuous filaments of identical composition | |
CN103922776A (zh) | 碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷及其制备方法 | |
CN113563097B (zh) | 一种碳纤维预制体及其制备方法、碳/碳复合材料的制备方法 | |
US12054434B2 (en) | Fabrication of multilayer ceramic structures by continuous filaments of different composition | |
TR2022003264T2 (tr) | İşlevselli̇ğe göre derecelendi̇ri̇lmi̇ş yapilarin sürekli̇ serami̇k fi̇lamentlerden üreti̇m yöntemi̇ | |
US11964917B2 (en) | Fabrication method of functionally-graded structures by continuous ceramic filaments | |
TR2022003994T2 (tr) | Farkli bi̇leşi̇me sahi̇p sürekli̇ fi̇lamentlerden çok katmanli serami̇k yapilarin i̇mal edi̇lmesi̇ | |
US10995431B2 (en) | Fiber structure and a composite material part incorporating such a structure | |
CN114096500A (zh) | 用于由cmc材料制成的部件的多孔陶瓷结构及获得其方法 | |
CN108137418B (zh) | 复合材料部件 | |
US20230192556A1 (en) | Introduction of metallic particles to enable formation of metallic carbides in a matrix | |
US5290491A (en) | Process for the manufacture of a thermostructural composite material having a carbon interphase between its reinforcement fibers and its matrix | |
CN105774094B (zh) | 混合夹层陶瓷基体复合材料 | |
D'Angio | Microwave enhanced chemical vapour infiltration of silicon carbide fibre preforms | |
JPH11255567A (ja) | セラミック繊維複合材料部品およびその製造方法 | |
Tan et al. | A lanthanum monazite coated silicon carbide fiber reinforced SiBCN composite with improved mechanical properties for high temperature applications |