WO2011031184A1 - Способ получения композиционного материала - Google Patents

Способ получения композиционного материала Download PDF

Info

Publication number
WO2011031184A1
WO2011031184A1 PCT/RU2009/000603 RU2009000603W WO2011031184A1 WO 2011031184 A1 WO2011031184 A1 WO 2011031184A1 RU 2009000603 W RU2009000603 W RU 2009000603W WO 2011031184 A1 WO2011031184 A1 WO 2011031184A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filler
temperature
ceramic
composite material
forming polymer
Prior art date
Application number
PCT/RU2009/000603
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Николай Викторович СТЕПАНОВ
Валерий Борисович ГОНЧАРОВ
Виталий Федорович ЕРМОЛАЕВ
Евгении Викторович БУРЛАКОВ
Михаил Андреевич ПАВЛОВ
Олга Георгеевна РЫЖОВА
Елена Кирилловна ФЛОРИНА
Original Assignee
Stepanov Nikolay Victorovich
Goncharov Valeriy Borisovich
Ermolaev Vitaliy Fedorovich
Burlakov Evgeniy Viktorovich
Pavlov Mikhail Andreevich
Ryzhova Olga Georgievna
Florina Elena Kirillovna
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 Stepanov Nikolay Victorovich, Goncharov Valeriy Borisovich, Ermolaev Vitaliy Fedorovich, Burlakov Evgeniy Viktorovich, Pavlov Mikhail Andreevich, Ryzhova Olga Georgievna, Florina Elena Kirillovna filed Critical Stepanov Nikolay Victorovich
Publication of WO2011031184A1 publication Critical patent/WO2011031184A1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped 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
    • C04B35/56—Shaped 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
    • C04B35/565—Shaped 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
    • C04B35/571—Shaped 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 from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped 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
    • C04B35/58—Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped 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
    • C04B35/58—Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597—Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/60—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C04B2235/483—Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C04B2235/486—Boron containing organic compounds, e.g. borazine, borane or boranyl

Definitions

  • a method of obtaining a composite material is a method of obtaining a composite material.
  • the invention relates to composite polymer materials, in particular, to methods for producing a composite material based on a ceramic-forming polymer and a filler in the form of a covalent compound.
  • the composite material obtained by the proposed method can be used in mechanical engineering, enterprises of the aviation, food, chemical, oil producing and oil refining industries.
  • a known method of manufacturing a cathode foil comprising applying a porous titanium layer to an aluminum base by vacuum deposition by electron beam evaporation of titanium, followed by condensation in a gas medium (see RF patent 2313843 according to class H01G9 / 058.2006).
  • the resulting cathode foil of the electrolytic capacitor contains an aluminum-based porous titanium layer, the thickness of which is 0.5- ⁇ 5.0 ⁇ m and consisting of crystallites and crystallite blocks, the thickness of the protrusions and troughs of which is 0.01-4.0 microns.
  • the known method involving the application of an intermediate layer of porous titanium leads to contamination of the condensate with impurities entering it from the materials of the evaporator, and inhomogeneity and multiphase of the titanium coating occurs, in which up to 30% of nonequilibrium oxides of titanium and active oxygen are present.
  • the structure of the titanium nitride coating is loosely fused grains.
  • grain intergrowth (leakage) boundaries consisting mainly of nonequilibrium inclusions and pure titanium of the intermediate layer, become active towards oxygen in the air. This leads to the fact that when the intermediate layer is removed from the vacuum chamber, the titanium of the intermediate layer is oxidized by atmospheric oxygen to form a film of titanium oxides, which eventually leads to pore healing and a decrease in specific capacity.
  • a device for producing ultrafine composite powders by metal evaporation and subsequent condensation (RF patent ⁇ ° 2167743, B22F9 / 12,1999r)
  • the basis of the known method are the processes occurring in the cathode spot of a vacuum arc discharge. Due to the high density of the cathode current, the process of heating and evaporation of the metal is explosive. As a result of microexplosive evaporation of the cathode surface, the cathode material is transferred to the condensation surface at high speed without changing the chemical composition. Erosion products contain electrons, ions, neutral atoms, and a droplet fraction, the particle sizes of which vary from several atomic orders to several micrometers.
  • the closest in technical essence to the proposed solution is a method for producing a composite material, including preparing a mixture consisting of a ceramic-forming polymer and a filler, evaporating its components in vacuum, followed by condensation, and polycondensation polymerization (see RF patent Na 2106204, Cl. V05B1 / 34 1996)
  • the known method allows to obtain thin material.
  • the technical result solved by the invention is the creation of a method for producing a composite material that allows to obtain bulk structural composites with high strength and functional properties at technologically achievable parameters.
  • the technical result in the present invention is achieved by creating a method for producing a composite material, including the preparation of a mixture consisting of a ceramic-forming polymer and a filler, the evaporation of its components in vacuum with subsequent condensation and polycondensation polymerization, in which, according to the invention, the condensation is carried out in a high-pressure gas medium with simultaneous treatment with a low-temperature plasma of a capacitive discharge, covalent compounds having hexagonal packing are used as filler, and the filler is vaporized by bombarding it with neutral atoms for example, or nitrogen, or silicon, or hydrogen, compounds whose temperature is used as a ceramic-forming polymer Paired temperature below their dissociation.
  • covalent compounds for example, either sialon (SiAlON), or silicon carbide (SiC), or boron nitride ( ⁇ 3), 4 ⁇ can be used to increase the ceramic content in the ceramic-forming polymer and, therefore, increase the properties of the resulting composite material.
  • Carrying out polycondensation polymerization in a gaseous medium under a pressure of 1-20000 atm at a temperature of 20-2000 ° C for 10-60 minutes allows to obtain a composite material with a nanostructured filler and with high strength properties.
  • the proposed method can additionally be obtained intermediate product, condensate, which can be used independently.
  • Deviations from the proposed modes in the direction of increasing or decreasing the intervals leads to an increase in processing time, deterioration of physical and mechanical properties, etc.
  • the exposure time is selected depending on the completeness of the process in the volume of the composite.
  • Example 1 As components of the mixture were taken in liquid form:
  • the ceramic-forming polymer is polysilazane (S13N3C12H22) with a silicon nitride content of up to 60 vol.%
  • polysilazane S13N3C12H22
  • sialon SiAlON
  • Sialon SiAlON was evaporated by its bombardment by neutral nitrogen atoms at a voltage of up to 3.2 keV
  • the components were fed into the condensation chamber with a capacitive discharge plasma at a temperature of –1 –9 ° ⁇ with a chemically inert screw with a rotation speed of 800–1200 rpm.
  • the resulting condensate was subjected to a quantitative analysis for the keramo-forming component, which ranged from 55 to 87 vol%.
  • the condensate obtained was subjected to polycondensation of polymerization in a gaseous medium under a pressure of 145 atm at a temperature of 350 ° C for 30 min.
  • a composite material was obtained with a ceramic component content higher than the initial ceramic-forming polymer by 10-15%, because after polycondensation of the polymerization, 10-15 vol.% of sialon was absorbed by the polymer during the reaction, and therefore the ceramic component in the resulting composite material became 70-75 vol.%
  • the ceramic-forming polymer is polycarbosilane (SiCo.sCisIfo) with a silicon carbide content of up to 57 vol.%
  • polycarbosilane SiCo, 8C18H32
  • sicon SiMgCON
  • sicon SiMgCON
  • the components were fed into the condensation chamber with a capacitive discharge plasma at a temperature of up to -12 ° ⁇ by a screw with a rotation speed of up to 1500–1800 rpm.
  • the resulting condensate was subjected to quantitative analysis on ceramic content.
  • polymerization of the polymerization was carried out under argon pressure from 18 to 13000 atm, depending on the concentration of the hydroxycarbonitride phase.
  • the filler is nanodispersed boron hydride (BN3) in an amount of 10-15 vol.%
  • boron hydride (B) was evaporated by its bombardment by neutral hydrogen atoms at a voltage of up to 6.82 keV
  • the condensate obtained was subjected to polycondensation of polymerization under a hydrogen pressure of up to 2000 atm and a temperature of 50-400 ° C for 45 minutes.
  • the ceramic-forming polymer is polycarbosilane (S13N3C12H22) with a silicon carbide content of up to 57 vol.% Filler is nanosized silicon carbide (SiC) in an amount of 10-15 vol.%.
  • polycarbosilane SiCo, 8Ci8H32
  • silicon carbide SiC
  • silicon carbide SiC was evaporated by its bombardment with neutral nitrogen atoms at a voltage of up to 5.2 keV.
  • the components were fed into the condensation chamber with a capacitive discharge plasma at a temperature of up to –15 ° ⁇ by a screw with a rotation speed of up to 1600–1800 rpm.
  • the resulting condensate was subjected to quantitative analysis for the content of the ceramic component.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Предлагаемый способ получения композиционного материала позволяет получать объемные конструкционные композиты с высокими прочностными и функциональными свойствами при технологически достижимых параметрах. Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием способа получения композиционного материала, в котором, согласно изобретению, конденсацию проводят в газовой среде высокого давления с одновременной обработкой низкотемпературной - плазмой емкостного разряда, при этом в качестве наполнителя используют ковалентные соединения, имеющие гексагональную упаковку, и испарение наполнителя производят путем бомбардирования его нейтральными атомами, например, или азота, или кремния, или водорода, в качестве керамообразующего полимера используют соединения, у которых температура испарения ниже температуры их диссоциации.

Description

Способ получения композиционного материала.
Область техники.
Изобретение относится к композиционным полимерным материалам, конкретно, к способам получения композиционного материала на основе керамообразующего полимера и наполнителя в виде ковалентного соединения.
Полученный предлагаемым способом композиционный материал может быть использован в машиностроении, предприятиях авиационной, пищевой, химической, нефтедобывающей и нефтепере- рабатывающей промышленности.
Предшествующий уровень техники
Известен способ изготовления катодной фольги, включающий нанесение на алюминиевую основу пористого слоя титана методом вакуумного напыления путем электронно-лучевого испарения титана, с последующей конденсации в газовой среде (см. патент РФ 2313843 по кл. H01G9/058.2006).
Получаемая катодная фольга электролитического конденсатора (композиционное покрытие) содержит на алюминиевой основе пористый слой титана, толщина которого составляет 0,5-^5,0 мкм и состоящий из кристаллитов и блоков кристаллитов, толщина выступов и впадин которых равна 0,01-4,0 мкм.
Известный способ, предусматривающий нанесение промежуточного слоя пористого титана, приводит к загрязнению конденсата примесями, попадающими в него из материалов испарителя, и возникает негомогенность и многофазность титанового покрытия, в котором присутствует до 30% неравновесных окислов титана и активного кислорода. Структура покрытия нитрида титана представляет собой неплотно сросшиеся зерна. Вследствие этого, границы срастания зерен (неплотности), состоящие в основном из неравновесных включений и чистого титана промежуточного слоя, становятся активными к кислороду воздуха. Это приводит к тому, что при извлечении из вакуумной камеры титан промежуточного слоя окисляется кислородом воздуха с образованием пленки оксидов титана, что со временем приводит к заращиванию пор и уменьшению удельной емкости.
Известно устройство для получения ультрадисперсных композиционных порошков методом испарения металла и последующей конденсацией ( патент РФ Ν° 2167743, B22F9/12,1999r)
В основе известного способа лежат процессы, происходящие в катодном пятне вакуумного дугового разряда. Благодаря высокой плотности катодного тока процесс нагрева и испарения металла носит взрывной характер. В результате микровзрывного испарения поверхности катода материал катода без изменения химического состава с большой скоростью переносится на поверхность конденсации. Продукты эрозии содержат электроны, ионы, нейтральные атомы и микрокапельную фракцию, размеры частиц в которой варьируются от нескольких атомных порядков до нескольких микрометров.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ получения композиционного материала, включающий подготовку шихты, состоящей из керамообразующего полимера и наполнителя, испарение ее компонентов в вакууме с последующей конденсацией, и поликонденсацию полимеризацию ( см.патент РФ Na 2106204, Кл.В05Б1/34, 1996г)
Известный способ позволяет получать тонкий материал.
Однако, известный способ обладает рядом недостатками :
- низкая производительность способа испарения наполнителя, например, электроннолучевым или лазерным воздействием;
- исключена возможность испарения ковалентных соединений, нитридов, карбидов, оксидов оксикарбонитридов и др.;
- проведение поликонденсации полимеризации пиролизом не позволяет заполимеризовать керамообразующие полимеры, содержащие ковалентные соединения, такие как или полисилазан (S13N3C12H22), или поликарбосилан ((SiCo.sCisEba) , или раствор аминборана в гидрофуране ( BH3NH3 );
-поликонденсация (соконденсация) в вакууме не всегда позволяет осуществлять химические взаимодействия керамообразующего полимера и наполнителя;
- поликонденсации полимеризации пиролизом не возможно провести с керамообразующим полимером, неполимеризующимся без наноразмерных включений - центров поликонденсации полимеризации.
Общим недостатком вышеуказанных способов получения композиционных материалов осуществляемых методом испарения компонентов из паровой (газовой) фазы с последующей конденсацией является не возможность получения объемных композиционных материалов.
Раскрытие сущности предлагаемого изобретения.
Техническим результатом, решаемым предлагаемым изобретением, является создание способа получения композиционного материала, позволяющего получать объемные конструкционные композиты с высокими прочностными и функциональными свойствами при технологически достижимых параметрах.
Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием способа получения композиционного материала, включающего подготовку шихты, состоящей из керамообразующего полимера и наполнителя, испарение ее компонентов в вакууме с последующей конденсацией, и поликонденсацию полимеризацию, в котором, согласно изобретению, конденсацию проводят в газовой среде высокого давления с одновременной обработкой низкотемпературной плазмой емкостного разряда, при этом в качестве наполнителя используют ковалентные соединения, имеющие гексагональную упаковку, и испарение наполнителя производят путем бомбардирования его нейтральными атомами, например, или азота, или кремния, или водорода, в качестве керамо образующего полимера используют соединения, у которых температура испарения ниже температуры их диссоциации.
Использование в качестве керамообразующего полимера соединений, у которых температура испарения ниже температуры их диссоциации, не позволяет происходить распаду соединений на элементы, а в газовой фазе не происходит их химическое соединение В качестве таких полимеров могут быть использованы, например, или полисилазан (S13N3C12H22), или поликарбосилан (SiCo,8CisH32), или раствор аминборана в гидрофуране ( BH3NH3 ).
Использование в качестве наполнителя ковалентных соединений, имеющих гексагональную упаковку, позволяет легко взаимодействовать с испаренным полимером, т.к. гексагональная фаза обладает самой слабой химической связью между элементами.
В качестве таких ковалентных соединений могут быть использованы, например, или сиалон (SiAlON), или карбид кремния (SiC), или нитрид бора (ΒΝ3),4το позволит увеличить содержание керамики в керамообразующем полимере, а следовательно, повысить свойства получаемого композиционного материала.
Проведение поликонденсацию полимеризацию в газовой среде под давлением 1-20000атм при температуре 20-2000°С в течении 10-60 мин позволяет получать композиционный материал с наноструктурным наполнителем и с высокими прочностными свойствами.
Предлагаемым способом дополнительно может быть получен промежуточный продукт, конденсат, который может быть использован самостоятельно.
Проведенные испытания показали, что только при таких режимах ведения поликонденсацию полимеризацию можно получить заданный технический результат.
Отклонения от предлагаемых режимов в сторону увеличения или уменьшения интервалов приводит к увеличению времени обработки, ухудшению физико- механических свойств и т.д.
Поликонденсацию полимеризацию без использования предлагаемого наполнителя нельзя провести даже при давление 2000атм
Увеличение верхнего предела давления, более 20000атм, не возможно, поскольку не существует конструкционных материалов выдерживающих давление свыше 20000атм.
Давление меньше 1атм процесс не будет происходить.
Выбор температурных пределов связан с парциональным давлением полимера, если :
- ниже температуры 20°С - температуры не достаточно для образования полимерных связей ,
- выше температуры 2000°С - полимеризационные связи неустойчивы, а давления не достаточно для стабилизации процесса.
Время выдержки выбирают в зависимости от полноты протекания процесса в объеме композита.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения идентичные заявленному способу получения композиционного материала, а, следовательно, предложенное решение, соответствует критерию « новизна».
Считаем, что сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, а, следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки достаточно для практического осуществления изобретения.
Лучший пример выполнения предлагаемого изобретения.
Пример 1 В качестве компонентов шихты были взяты в жидком виде :
Керамообразующий полимер - полисилазан (S13N3C12H22) с содержанием нитрида кремния до 60 об.%
Наполнитель - нано дисперсный сиалон ( SiAlON) в количестве 10-15 об.%
В предлагаемом способе используют ранее известный способ, а именно, обработку низкотемпературной плазмой емкостного разряда, в значения которой для предлагаемого способа могут быть любыми и зависят от технологических возможностей.
Сначала проводили испарение в вакууме полисилазана (S13N3C12H22) и сиалон (SiAlON).
Причем сиалон (SiAlON) испаряли путем его бомбардирования нейтральными атомами азота при напряжении до 3,2 Кэв
Затем компоненты подавались в камеру конденсации с плазмой емкостного разряда при температуре - 1 -9°С химически инертным шнеком со скоростью вращения 800-1200об/мин.
Полученный конденсат подвергали количественному анализу на керамообразующую составляющую, которая колебалась в интервале от 55 до 87об %.
Были измерены температуры кипения конденсата, температуры замерзания, теплоемкость, вязкость, коэффициент термического расширения.
Измерения показали нелинейное увеличение этих параметров в зависимости от концентрации нано дисперсного, введенного в керамообразующий полимер, наполнителя в среднем на 45-67%.
Для получения композиционного материала полученный конденсат подвергали поликонденсации полимеризации в газовой среде под давлением 145атм при температуре 350°С в течении 30 мин.
Был получен композиционный материал с содержанием керамической компоненты выше, чем исходного керамообразующего полимера на 10-15 %, т.к. после поликонденсации полимеризации 10- 15об.% сиалона в процессе реакции усвоено полимером, и поэтому в полученном композиционном материале керамическая составляющая стала 70-75 об.%
У полученного материала значительно: повышена температура кипения, снижена температура замерзания, повышена теплоемкость, что значительно позволяет повысить характеристики теплоносителя.
Пример 2. В качестве компонентов шихты были взяты в жидком виде :
Керамообразующий полимер - поликарбосилан (SiCo.sCisIfo) с содержанием карбида кремния до 57 об.%
Наполнитель - нанодисперсный сикон (SiMgCON) в количестве 10-15 об.%
Сначала проводили испарение в вакууме поликарбосилан (SiCo,8 С18Н32) и сикон (SiMgCON).
Причем сикон (SiMgCON) испаряли путем его бомбардировки нейтральными атомами аргона при напряжении до 4,8 Кэв
Затем компоненты подавали в камеру конденсации с плазмой емкостного разряда при температуре до -12° С шнеком со скоростью вращения до 1500- 1800 об/мин.
Полученный конденсат подвергался количественному анализу на содержание керамической составляющей.
Затем проводили поликонденсацию полимеризации под давлением аргона от 18 до 13000атм в зависимости от концентрации оксикарбонитридной фазы.
Физико-химические испытания показали не линейное увеличение температуры испарения, модуля упругости, предела прочности в среднем на 75-80%.
Пример 3 В качестве компонентов шихты были взяты в жидком виде :
Керамообразующий полимер - раствор аминборана в гидрофуране (ВНзЫНз) с содержанием водорода до 18 об.%
Наполнитель - нанодисперсный гидрид бора (BN3) в количестве 10-15 об.%
Сначала проводили испарение в вакууме раствора аминборана в гидрофуране (BH3 H3) и гидрида бора (BN3)
Причем гидрид бора (В )испаряли путем его бомбардировки нейтральными атомами водорода при напряжении до 6,82 Кэв
Затем подавали в камеру конденсации с плазмой емкостного разряда шнеком со скоростью вращения до ЗОООоб/мин при температуре - 196°С.
Полученный конденсат подвергали поликонденсации полимеризации под давлением водорода до 2000атм и температуре 50-400°С в течение 45 мин.
Химический количественный анализ показал увеличение концентрации водорода в полимере с 18,7% (NH3BN3) до 31-33 %., т.е. полимер становиться экологически чистым топливом.
Пример 4 В качестве компонентов шихты были взяты в жидком виде :
Керамообразующий полимер - поликарбосилан (S13N3C12H22) с содержанием карбида кремния до 57 об.% Наполнитель - нанодисперсный карбид кремния (SiC) в количестве 10-15 об.%.
Сначала проводили испарение в вакууме поликарбосилана (SiCo,8Ci8H32) и карбида кремния (SiC).
Причем карбид кремния (SiC) испаряли путем его бомбардировки нейтральными атомами азот при напряжении до 5,2 Кэв.
Затем компоненты подавали в камеру конденсации с плазмой емкостного разряда при температуре до - 15°С шнеком со скоростью вращения до 1600-1800 об/мин.
Полученный конденсат подвергался количественному анализу на содержание керамической составляющей.
Затем проводили поликонденсацию полимеризации под давлением аргона от 18 до 15000атм в зависимости от дисперсности испаряемого наполнителя.
Промышленная применимость.
Физико-химические испытания показали не линейное увеличение температуры испарения, модуля упругости, предела прочности в среднем на 75-80%.Химическая инертность в контакте с агрессивными средами возросла на 15%

Claims

Формула изобретения.
1. Способ получения композиционного материала, включающий подготовку шихты, состоящей из керамообразующего полимера и наполнителя, испарение ее компонентов в вакууме с последующей конденсацией, и поликонденсацию полимеризацию, отличающийся тем, что конденсацию проводят в газовой среде высокого давления с одновременной обработкой низкотемпературной плазмой емкостного разряда, при этом в качестве наполнителя используют ковалентные соединения, имеющие гексагональную упаковку, и испарение наполнителя производят путем бомбардирования его нейтральными атомами, например, или азота, или кремния, или водорода, в качестве керамообразующего полимера используют соединения, у которых температура испарения ниже температуры их диссоциации
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве керамообразующего полимера используют или полисилазан (S13N3C12H22), или поликарбосилан (S13N3C12H32), или раствор аминборана в гидрофуране (BH3 H3).
3. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в качестве наполнителя, используют или сиалон (SiAlON), или карбид кремния (SiC), или сикон, или нитрид бора (BN3).
4 Способ по п.1, отличающийся тем, что поликонденсацию полимеризацию проводят в газовой среде под давлением 1-20000атм при температуре 20-2000°С в течение 10-60 мин.
PCT/RU2009/000603 2009-09-10 2009-11-06 Способ получения композиционного материала WO2011031184A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009133823 2009-09-10
RU2009133823 2009-09-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011031184A1 true WO2011031184A1 (ru) 2011-03-17

Family

ID=43732656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2009/000603 WO2011031184A1 (ru) 2009-09-10 2009-11-06 Способ получения композиционного материала

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2011031184A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1579982A (en) * 1976-02-28 1980-11-26 Watanabe H Organosilicon high molecular weight compounds
US5370853A (en) * 1992-01-21 1994-12-06 Bayer Ag Inorganic microporous solids and a process for their preparation
RU2106204C1 (ru) * 1996-07-30 1998-03-10 Герасимов Генрих Николаевич Способ получения полимерных материалов, содержащих частицы металлов и их оксидов нанометрового размера
RU2125579C1 (ru) * 1996-12-30 1999-01-27 Государственный научный центр Российской Федерации Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений Поликарбосиланы, содержащие металлические кластеры, и способ их получения
RU2329997C2 (ru) * 2006-07-28 2008-07-27 Николай Викторович СТЕПАНОВ Композиционный керамический материал на основе сиалона и способ получения изделий

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1579982A (en) * 1976-02-28 1980-11-26 Watanabe H Organosilicon high molecular weight compounds
US5370853A (en) * 1992-01-21 1994-12-06 Bayer Ag Inorganic microporous solids and a process for their preparation
RU2106204C1 (ru) * 1996-07-30 1998-03-10 Герасимов Генрих Николаевич Способ получения полимерных материалов, содержащих частицы металлов и их оксидов нанометрового размера
RU2125579C1 (ru) * 1996-12-30 1999-01-27 Государственный научный центр Российской Федерации Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений Поликарбосиланы, содержащие металлические кластеры, и способ их получения
RU2329997C2 (ru) * 2006-07-28 2008-07-27 Николай Викторович СТЕПАНОВ Композиционный керамический материал на основе сиалона и способ получения изделий

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Prakash et al. Intrinsic hydrophilic nature of epitaxial thin-film of rare-earth oxide grown by pulsed laser deposition
Fuger et al. Influence of Tantalum on phase stability and mechanical properties of WB2
JP6874930B2 (ja) ドープされた炭素層を製造するためのコーティング源
Chang et al. Direct plasma deposition of amorphous Si/C nanocomposites as high performance anodes for lithium ion batteries
SE531749C2 (sv) Metod att utfälla slitstarka skikt på hårdmetall med bågförångning och katod med Ti3SiC2 som huvudbeståndsdel
EP3692182A1 (en) Ternary tm-diboride coating films
JPWO2013018192A1 (ja) 炭化珪素薄膜の成膜方法
Wu et al. A study of the growth-time effect on graphene layer number based on a Cu–Ni bilayer catalyst system
CN104350172B (zh) 具有增强涂层性能的电弧沉积Al-Cr-O涂层
Brillon et al. Anisotropic thermal conductivity and enhanced hardness of copper matrix composite reinforced with carbonized polydopamine
TW201111529A (en) Method for producing coatings with a single composite target
WO2011031184A1 (ru) Способ получения композиционного материала
JP2012126936A (ja) 蒸発源およびこれを用いた薄膜被覆物の製造方法
KR101947485B1 (ko) 그라파이트 모재의 실리콘카바이드 코팅 방법
Spitz et al. Phase formation and microstructure evolution of reactively rf magnetron sputtered Cr–Zr oxynitride thin films
Kim et al. Correlation of Plasma Erosion Resistance and the Microstructure of YF 3 Coatings Prepared by Vacuum Kinetic Spray
US11313040B2 (en) Plasma-assisted process of ceramization of polymer precursor on surface, surface comprising ceramic polymer
Bhattacharyya Nanocomposite si-cn coatings
Gustavsson et al. Some properties of TiN films produced in hollow cathode and microwave ECR hybrid plasma system
Foong et al. Experimental and theoretical study on the energy-dependent surface evolution and microstructure changes in copper nanostructured composites
Xiao et al. Structure and oxidation resistance of W1–xAlxN composite films
RU2817341C1 (ru) Способ изготовления керамики
Zhang et al. Densification of hBN with the as-coated SiO2 nanolayer by rotary chemical vapor deposition
Liang et al. Effects of SiC micro-powder content on properties of RSiC porous ceramics supports
Onoprienko et al. Deposition and Characterization of Thin Si-BCN Films by DC Reactive Magnetron Sputtering of Composed Si/B 4 C Target

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09849299

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112 (1) EPC, EPO FORM 1205A DATED 10.07.12.

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09849299

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1