Патенты автора Лунегов Сергей Геннадьевич (RU)
Изобретение относится к способам изготовления изделий из углерод-карбидокремниевых композиционных материалов, предназначенных для использования в окислительной среде при высоких температурах. Согласно способу формируют каркас структуры 2,5 d на основе тканевых заготовок из длинномерных жаростойких волокон типа углеродных и карбидокремниевых. При наборе пакета тканевых заготовок между ними прокладывают целлюлозную бумагу. Пакет требуемой толщины прошивают углеродной или карбидокремниевой нитью и пропитывают водным раствором соединения, катализирующего процесс роста углеродных нанотрубок или волокон. Затем каркас сушат и пропитывают коксообразующим связующим, после чего формуют пластиковую заготовку, придавая тем самым форму и размеры будущему изделию. Полученную пластиковую заготовку карбонизуют в инертной среде при нагреве до 800-850°С, обеспечивая образование кокса и рост углеродных нанотрубок или волокон в межволоконных порах каркаса и в межфиламентных порах волокон, а также в порах кокса. Затем, при необходимости, заготовку из карбонизованного пластика подвергают высокотемпературной обработке и насыщают пироуглеродом. Для получения карбидокремниевой матрицы проводят силицирование заготовки паро-жидкофазным методом. Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик тонкостенных, крупногабаритных и сложнопрофильных изделий. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 пр.
Изобретение относится к устройствам для изготовления изделий из углерод-карбидокремниевых материалов со специальными свойствами, предназначенных для использования в химической, химико-металлургической промышленности, а также в авиатехнике. Устройство для силицирования паро-жидкофазным методом содержит основные нагреватели, расположенные вокруг наружной реторты, донный нагреватель для подогрева тиглей с кремнием, внутреннюю реторту замкнутого объема с размещенной внутри нее силицируемой заготовкой и тиглями с кремнием, сконсолидированными в ее нижней части, реактор проточного типа, теплоизоляцию из пористых углеграфитовых материалов и пневмо-газо-вакуумную систему. Наружная и внутренняя реторты выполнены из нескольких по высоте частей и расположены коаксиально друг другу с зазором, а наружная реторта снабжена патрубками для соединения межретортного зазора с пневмо-газо-вакуумной системой. Основные нагреватели устройства имеют в нижней части менее высокотемпературную зону, расположенную напротив тиглей с кремнием; при этом основные нагреватели и донный нагреватель снабжены автономными источниками питания. Нижняя часть основных нагревателей предпочтительно имеет мощность в 1,09-1,15 раза меньше, чем их верхняя часть. Технический результат изобретения – расширение технологических возможностей изготовления изделий со специальными свойствами: практически без свободного кремния, а также низкой проницаемости, что позволяет расширить области их применения; при этом упростить изготовление и сохранить эксплуатационные характеристики изделий. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к процессам металлирования паро-жидкофазным методом и предназначено для выбора наиболее оптимальных технологических параметров при разработке новых процессов металлирования и их совершенствовании. Способ определения скорости заполнения пор пористого материала конденсатора конденсатом паров металла в процессе металлирования паро-жидкофазным методом включает обеспечение разницы температур между температурой конденсатора из пористого материала и источника паров металла с более высокой температурой, чем температура упомянутого конденсатора, на одной из стадий процесса металлирования, включающего нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение. Под конденсатором устанавливают сборник жидкого конденсата паров металла и создают условия для исключения испарения из него конденсата паров металла. После проведения процесса металлирования определяют привес конденсатора, массу покрытия на конденсаторе, исходя из толщины покрытия, и массу жидкого конденсата паров металла в сборнике. После чего, исходя из объема пор материала конденсатора, времени заполнения пор материала конденсатором и изменения веса конденсатора, вычисляют скорость заполнения пор материала конденсатора конденсатом паров металла по формуле: где v - скорость заполнения пор пористого материала конденсатора, г/(см3×ч); vп и vж - скорость образования твердого, в виде покрытия, и жидкого конденсата паров металла на поверхности не содержащего открытых пор материала конденсатора соответственно, в г/(см2×ч); τобщ - длительность одной из стадий металлирования, на которой создается разница температур между температурами источника паров металла и конденсатора, ч; mк - привес конденсатора, г; mп - масса твердого конденсата паров металла в виде покрытия на поверхности не имеющего открытых пор материала конденсатора, г; mж - масса жидкого конденсата паров металла в сборнике конденсата, г; V - объем пор материала конденсатора, см3; S - площадь поверхности конденсатора из пористого материала, см2. Скорости образования покрытия на конденсаторе и жидкого конденсата паров металла, vп и vж соответственно, определяют при тех же технологических параметрах процесса с учетом толщины покрытия металлирования, что и технологические параметры процесса металлирования конденсатора из пористого материала. В частных случаях осуществления изобретения осуществляют определение скорости заполнения пор пористого материала конденсатом паров кремния. Обеспечивается расширение технологических возможностей способа. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к процессам конденсации паров металлов, в частности кремния, протекающей на горячей поверхности плотного материала, и предназначено для использования при разработке новых процессов металлирования и их совершенствования. Способ определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности конденсатора из не имеющего открытых пор химически инертного к металлу термостойкого материала в зависимости от технологических параметров процесса металлирования паро-жидкофазным методом включает создание разницы температур между температурой конденсатора и источника паров металла с более высокой температурой у последнего на одной или нескольких стадиях процесса металлирования, включающего нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение, сбор конденсата и вычисление скорости его образования. Собирают твердый и жидкий конденсат паров металла, при этом под упомянутым конденсатором устанавливают сборник жидкого конденсата паров металла. Устройство содержит реактор замкнутого объема, установленный в нагревателе, и источник паров металла, расположенный в нижней части реактора и имеющий более высокую температуру, чем температура упомянутого конденсатора. Упомянутое устройство содержит сборник жидкого конденсата паров металла, который расположен между указанным конденсатором и источником паров металла в той же температурной зоне, что и источник паров металла, и заполнен ультрадисперсными частицами химически инертного к металлу термостойкого материала. Нагреватель выполнен двухсекционным по высоте с отличающимися по температуре зонами. Упомянутый конденсатор и источник паров металла размещены в реакторе напротив указанных зон. Обеспечивается расширение технологических возможностей при металлировании паро-жидкофазным методом. 4 н. и 4 з.п., 4 ил.
Изобретение предназначено для использования при изготовлении изделий, работающих в окислительных газовых потоках, в абразивосодержащих газовых и жидкостных потоках, а также в качестве пар трения. Способ изготовления тонкостенных изделий из композиционного материала на основе углерод-керамической матрицы с градиентными по толщине свойствами включает формирование каркаса слоистой или слоисто-прошивной структуры из термостойких углеродных и/или карбидокремниевых волокон, уплотнение его углерод-керамическим матричным материалом путем пропитки каркаса полимерным связующим, формование пластиковой заготовки, высокотемпературную обработку и насыщение пироуглеродом вакуумным изотермическим методом с получением заготовки изделия, защитные и несущие слои которой имеют разную химическую активность по отношению к кремнию, и силицирование полученной заготовки. При формировании каркаса на границе между защитными и несущими слоями прокладывают или формируют пленку из непроницаемого эластичного полимерного материала, стойкого к компонентам полимерного связующего, а при необходимости прошивки пакета волокнистых заготовок применяют прошивную нить с эластичным полимерным покрытием. Защитные и несущие слои в каркасе пропитывают соответственно керамообразующим и коксообразующим связующим, насыщение карбонизованного и/или прошедшего высокотемпературную обработку пластика пироуглеродом производят при 1020-1050°С, давлении в реакторе 7-36 мм рт.ст. при подаче углеродсодержащего газа только со стороны несущих слоев до открытой пористости материала указанных слоев 6-10%. Перед силицированием заготовки открытые поры материала заполняют нанодисперсным углеродом или смесью нано- и мелкодисперсного углерода с размером частиц не более 5 мкм, а силицирование производят паро-жидкофазным методом при первоначальном массопереносе кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров при температуре заготовки 1300-1600°С, давлении в реакторе не более 27 мм рт.ст., при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки соответственно на 100-10 градусов. Технический результат изобретения - повышение эксплуатационных характеристик тонкостенных изделий с градиентными по толщине свойствами. 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 19 пр.
Изобретение относится к области композиционных материалов с углерод-карбидокремниевой матрицей, предназначенных для работы в условиях высокого теплового нагружения и одностороннего воздействия окислительной среды с высоким окислительным потенциалом. Способ включает формирование каркаса из термостойких углеродных и/или карбидокремниевых волокон с покрытием из пироуглерода, или пирокарбида кремния, или нитрида бора, уплотнение его углеродным матричным материалом с получением заготовки из материала с открытой пористостью, уменьшающейся от защитных слоев к несущим слоям материала будущего изделия и доуплотнение материала заготовки углерод-карбидокремниевым матричным материалом с использованием процесса силицирования. Уплотнение каркаса углеродным матричным материалом производят в следующей последовательности: формуют пластиковую заготовку на основе коксообразующего связующего, карбонизуют и насыщают пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до открытой пористости материала несущих слоев 6-12% при исключении доступа углеродсодержащего газа со стороны защитных слоев материала. Затем проводят промежуточное силицирование парожидкофазным методом путем введения в поры материала при температуре заготовки 1300-1550°C ограниченного количества кремния, не превышающего стехиометрическое количество от содержания углеродной матрицы в защитных слоях материала, нагревают и выдерживают заготовку при 1700-1800°C и охлаждают в парах кремния при температуре заготовки, равной или на 10-15 градусов превышающей температуру паров кремния. Доуплотнение материала заготовки углерод-карбидокремниевым матричным материалом осуществляют путём выращивания в порах материала заготовки наноуглерода и окончательно силицируют парожидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров при температуре заготовки 1300-1550°C с последующим нагревом и выдержкой при температуре заготовки 1750-1800°C. Техническим результатом является обеспечение возможности изготовления тонкостенных изделий с существенно отличающимися по их толщине свойствами при сохранении их высокого уровня без необходимости применения операции механической обработки. 2 з.п. ф-лы, 17 пр., 1 табл.
Изобретение предназначено для использования при изготовлении изделий, работающих в окислительных газовых потоках, в абразивосодержащих газовых и жидкостных потоках, а также в качестве пар трения. Предлагаемый способ изготовления тонкостенных изделий из углерод-карбидокремниевого композиционного материала с переменным содержанием карбида кремния включает формирование каркаса слоистой или слоисто-прошивной структуры из углеродных и/или карбидокремниевых волокон, уплотнение его углеродным материалом с получением заготовки из углеродсодержащего композиционного материала с открытой пористостью, уменьшающейся от защитных слоев к несущем слоям материала будущего изделия от 20-60 до 6-12%, и ее силицирование. При формировании каркаса на границе между защитными и несущими слоями будущего изделия прокладывают слой графитовой фольги и/или несколько пограничных слоев пропитывают суспензией на основе углеродных наночастиц; уплотнение каркаса углеродным материалом производят в следующей последовательности: каркас частично уплотняют пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до его содержания 8-15 вес.%, формуют пластиковую заготовку на основе какркаса и коксообразующего полимерного связующего, карбонизуют ее и насыщают пироуглеродом вакуумным изотермическим методом при температуре 1000-1050°C до открытой пористости материала несущих слоев 6-12%, при этом защитные слои материала заготовки из карбонизованного пластика со стороны их расположения экранируют от доступа к ним углеродсодержащего газа, а температуру устанавливают тем выше, чем меньше толщина насыщаемой пироуглеродом заготовки. После этого поры материла заготовки заполняют нанодисперсным углеродом или смесью нанодисперсного и мелкодисперсного углерода с размерами частиц не более 5 мкм, а силицирование осуществляют паро-жидкофазным методом путем капиллярной конденсации паров кремния в интервале температур на заготовке 1300-1600°C, давлении в реакторе не более 27 мм рт.ст., при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки соответственно на 100-10 градусов, с последующим нагревом и выдержкой при температуре 1750-1800°C в течение 1-2 часов. Заполнение пор материала нанодисперсным углеродом производят путем выращивания в них частиц наноуглерода из газовой фазы, а капиллярную конденсацию паров кремния проводят при нагреве с 1300 до 1600°C с изотермическими выдержками в указанном интервале температур. Технический результат - расширение технологических возможностей способа изготовления тонкостенных изделий из КМ с переменным по толщине содержанием карбида кремния и повышение их эксплуатационных характеристик. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 пр.
Изобретение может быть использовано при изготовлении изделий из композиционных материалов, предназначенных для работы в условиях воздействия внутреннего давления среды с высоким окислительным потенциалом. Композиционный материал содержит каркас из термостойких углеродных и/или карбидокремниевых волокон, углерод-карбидокремниевую матрицу и придающий ему герметичность свободный кремний. Содержание карбида кремния в углерод-карбидокремниевой матрице и имеющихся в ней наноразмерных частиц углерода и/или карбида кремния изменяется по толщине материала изделия. Наибольшее содержание приходится на защитные слои, а наименьшее - на несущие слои материала изделия. Размер вкраплений свободного кремния в карбиде кремния в объеме и в поверхностных слоях не превышает соответственно 8-10 мкм и 2-3 мкм. Сначала изготавливают пористую заготовку из углеродсодержащего материала на основе термостойких углеродных и/или карбидокремниевых волокон с коэффициентами линейного термического расширения (клтр), близкими к клтр компонентов углерод-карбидокремниевой матрицы, имеющую открытую пористость, уменьшающуюся от защитных слоев к несущим слоям от 20-60 до 6-12%. Затем открытые поры заполняют нанодисперсным углеродом или его смесью с мелкодисперсным углеродом с размером частиц не более 5 мкм. Полученную заготовку силицируют паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки при температуре завершения карбидизации кремния и охлаждения в его парах. Первоначальный массоперенос кремния в поры производят путем капиллярной конденсации его паров в интервале температур на заготовке 1300-1600ºС, давлении в реакторе не более 27 мм рт. ст. и при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки на 100-10°С. Технический результат: повышение эксплуатационных характеристик изготавливаемых изделий в условиях высокотемпературного воздействия окислительной среды и наличии перепада давления со стороны их внутренней и наружной поверхности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области композиционных материалов с углерод-карбидокремниевой матрицей, предназначенных для работы в условиях высокого теплового нагружения и одностороннего воздействия окислительной среды с высоким окислительным потенциалом. Способ изготовления тонкостенных изделий из композиционного материала с градиентными по его толщине свойствами включает формирование каркаса слоистой или слоисто-прошивной структуры из термостойких углеродных и/или карбидокремниевых волокон, уплотнение его углеродсодержащим матричным материалом с получением заготовки с изменяющейся от защитных слоев к несущим слоям материала будущего изделия открытой пористостью, заполнение открытых пор материала заготовки дисперсным углеродом и ее силицирование. При формировании каркаса между защитными и несущими слоями прокладывают слой графитовой фольги или пограничные 1-2 слоя пропитывают суспензией на основе нанодисперсных частиц углерода. Уплотнение каркаса углеродсодержащим матричным материалом производят следующим образом: вначале каркас частично насыщают вакуумным изотермическим методом пироуглеродом или карбидом кремния до их содержания соответственно 6-10% и 8-15% от веса каркаса из углеродных волокон и 3,6-6,0% и 4,8-9,0% от веса каркаса из карбидокремниевых волокон, каркас пропитывают керамообразующим полимером являющимся прекурсором карбида или нитрида кремния, и формуют пластиковую заготовку. Проводят термообработку заготовки при 1300-1500°С и атмосферном давлении в среде аргона или особо чистого азота, после чего заготовку насыщают пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до открытой пористости материала несущих слоев 6-12% при исключении доступа углеродсодержащего газа со стороны защитных слоев материала. В качестве дисперсного углерода при заполнении открытых пор полученной заготовки используют нанодисперсный углерод или смесь нанодисперсного углерода с мелкодисперсным углеродом с размером частиц не более 3-5 мкм, а силицирование осуществляют паро-жидкофазным методом при первоначальном массопереносе кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров при температуре заготовки 1300-1600°С, давлении в реакторе не более 27 мм рт. ст. и температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки соответственно на 100-10 градусов, с последующим нагревом и выдержкой при 1650-1750°С в течение 1-2-х часов. Технический результат изобретения - обеспечение возможности изготовления тонкостенных изделий без необходимости применения операции механической обработки. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 17 пр.
