Патенты автора Бушуев Максим Вячеславович (RU)
Изобретение относится к композиционным материалам C/C-SiC для элементов тормозов, таких как тормозные диски. Тормозное устройство состоит из нескольких контактирующих между собой элементов с двумя рабочими поверхностями трения, выполненных из композиционного материала, содержащего каркас объемной структуры из углеродных волокон и матрицу, включающую в себя первую фазу, прилегающую к армирующим волокнам и содержащую пироуглерод, вторую жаропрочную фазу, полученную, по крайней мере, частично за счет пиролиза материала-предшественника в жидком состоянии, и фазу карбида кремния, полученную в процессе силицирования. Фаза карбида кремния с большим его содержанием расположена на ограниченной глубине, начиная от рабочей поверхности трения. Контактирующие между собой элементы установлены с чередованием в них отличающихся содержанием карбида кремния композиционных материалов; при этом содержание углеродных волокон в материалах со стороны поверхностей трения существенно меньше, чем в материале сердцевины. Композиционный материал, имеющий со стороны контактных поверхностей меньшее содержание карбида кремния, может дополнительно содержать нитрид бора гексагональной структуры. Способ изготовления элементов тормозного устройства включает формирование из углеродных волокон каркаса объемной структуры и уплотнение его углерод-карбидокремниевой матрицей. Каркас формируют с большим содержанием углеродных волокон в сердцевине. Для получения углеродной матрицы формируют межфиламентную пироуглеродную фазу и/или пироуглеродное покрытие на углеродных волокнах, затем каркас пропитывают суспензией частиц термопластичного полимера, не дающего при пиролизе коксового остатка, размером не более преобладающего размера пор в каркасе рабочих слоев и более преобладающего размера пор в каркасе сердцевины изделия, после чего каркас пропитывают коксообразующим связующим, формуют углепластиковую заготовку, производят ее карбонизацию и насыщение пироуглеродом в среде метана термоградиентным методом с передвижением зоны пиролиза с температурой в зоне 980±20°С с переменной скоростью по толщине заготовки элемента в зависимости от требуемой плотности материала сердцевины, материалов со стороны его рабочих поверхностей и на границе между ними. Перед силицированием заготовки в порах материала формируют кокс или наноуглерод, а силицирование проводят паро-жидкофазным методом при первоначальном массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале температур 1300-1600°С с последующим нагревом и выдержкой при 1700-1850°С. Техническим результатом изобретения является повышение комфортности торможения при одновременном снижении затрат и длительности цикла изготовления тормозных элементов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 8 пр.
Изобретение относится к композиционным материалам C/C-SiC для элементов тормозов, таких как тормозные диски. Тормозное устройство состоит из нескольких элементов с двумя рабочими поверхностями трения, выполненных из композиционного материала на основе дискретных по длине углеродных волокон и матрицы, включающей в себя первую фазу, расположенную вблизи армирующих волокон и полученную за счет пиролиза материала-предшественника в жидком состоянии, вторую фазу в виде пироуглерода и фазу карбида кремния, полученную в процессе силицирования. В нем элементы со стороны их рабочих поверхностей выполнены из материалов с отличающимся содержанием карбида кремния или в каждом из элементов материал с одной из рабочих поверхностей трения имеет большее содержание карбида кремния, чем с другой; при этом дискретные по длине углеродные волокна композиционного материала фрагментированы по толщине вплоть до размеров филаментов, а фаза карбида кремния с большим ее содержанием расположена на ограниченной глубине элемента, начиная от рабочей поверхности трения, при содержании ее в сердцевине элемента не более 10 об.%. Способ изготовления элементов тормозного устройства включает приготовление пресс-массы на основе дискретных по длине углеродных волокон и коксообразующего связующего, формование углепластиковой заготовки прессованием, ее карбонизацию, насыщение пироуглеродом и силицирование. При этом для приготовления пресс-массы используют фрагментированные по толщине, вплоть до размеров филаментов, дискретные по длине углеродные волокна, объединенные механизированным методом в мат с преимущественной их ориентацией в нем перпендикулярно его толщине, насыщение пироуглеродом производят в среде метана термоградиентным методом с передвижением зоны пиролиза с температурой в зоне 980±20°С с переменной скоростью по толщине заготовки элемента в зависимости от требуемой плотности материала сердцевины, материалов со стороны его рабочих поверхностей, и на границе между ними, изменяемой, например, в пределах 0,125-0,25 мм/ч по толщине сердцевины, в пределах от 0,5 мм/ч до скорости, соответствующей «проскоку» зоны пиролиза - по толщине материалов со стороны его рабочих поверхностей и в пределах от 1,0 до 0,25 мм/ч - на границе между ними; при формировании карбидокремниевой матрицы перед силицированием заготовки в порах материала формируют кокс путем пропитки коксообразующим связующим с последующей карбонизацией и/или наноуглерод путем выращивания его в порах материала каталитическим газофазным методом или путем пропитки суспензией наноразмерных частиц углерода, а силицирование проводят паро-жидкофазным методом при первоначальном массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале температур 1300-1600°С с последующим нагревом и выдержкой при 1700-1850°С. Техническим результатом изобретения является повышение комфортности торможения. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к абразиво- и окислительностойким материалам, предназначенным для эксплуатации в условиях высоких температур, теплового удара, окислительной среды и абразивного воздействия. Композиционный материал выполнен на основе каркаса объемной структуры и дисперсно-упрочненной нано- и/или ультрадисперсными частицами тугоплавких соединений углеродной или углерод-керамической матрицы. В нем между рядами углеродных стержней горизонтального направления и в ячейках, образованных углеродными стержнями горизонтального и вертикального направлений, расположен нетканый углеродный волокнистый материал из фрагментированных по длине и толщине волокон, а нано- и/или ультрадисперсные частицы расположены между волокнами нетканого материала и на его поверхности и могут быть расположены на поверхности углеродных стержней. Для получения композиционного материала ряды углеродных стержней горизонтального направления со сформированным на их поверхности покрытием из нано- и/или ультрадисперсных частиц или без такового выкладывают между металлическими стержнями вертикального направления, чередуя их выкладку с нанизыванием на металлические стержни вертикального направления заготовок нетканого углеродного волокнистого материала, предварительно пропитанных суспензией нано- и/или ультрадисперсных частиц. После набора пакета требуемой высоты его подпрессовывают перфорированной плитой, через отверстия которой проходят металлические стержни вертикального направления, после чего металлические стержни заменяют на углеродные с покрытием из нано- и/или ультрадисперсных частиц или без такового. Техническим эффектом изобретений является повышение срока службы композиционного материала сравнительно толстостенных изделий, предназначенных для длительной работы под воздействием абразивной и окислительной среды (или кратковременно, но в особо сложных условиях эксплуатации). 2 н.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к композиционным материалам C/C-SiC для элементов тормозов, таких как тормозные диски и/или тормозные башмаки. Элемент тормозного устройства состоит из сердечника, выполненного из УУКМ, и окружающих его с торца рабочих слоев фрикционного материала, содержащего углеродные волокна, расположенную вблизи них первую фазу в виде пироуглерода, затем вторую фазу из углерода и/или керамики, получаемых из жидкого предшественника, и карбид кремния, получаемый в процессе силицирования. Объемное содержание волокон в УУКМ сердечника в 2-4 раза выше, чем во фрикционном материале, и они (волокна) входят в состав углеродной ткани и максимально уплотнены углеродной матрицей; при этом углеродные волокна фрикционного материала дискретны по длине и фрагментированы по толщине, вплоть до филаментов, и часть их входит в УУКМ сердечника. Фрикционный материал сердечника элемента тормозного устройства может содержать в своем составе наноразмерный карбид кремния. Способ изготовления элемента тормозного устройства включает формирование каркаса из углеродных волокон и уплотнение его матричным материалом, первой стадией которого является уплотнение каркаса пироуглеродом из газовой фазы вакуумным изотермическим методом, второй стадией - уплотнение углеродом и/или керамическим материалом из жидкого прекурсора путем пропитки им заготовки и термообработки, третьей стадией - формирование в порах фрикционного материала (вблизи рабочей поверхности элемента тормозного устройства) карбида кремния, получаемого в процессе силицирования заготовки путем обработки ее в парах кремния. При этом каркас со стороны рабочих поверхностей элемента тормозного устройства изготавливают из иглопробивного материала плотностью 0,15-0,36 г/см3 на основе дискретных по длине и фрагментированных по толщине, вплоть до размеров филаментов, углеродных волокон, а сердцевину каркаса (по его толщине) изготавливают плотностью 0,6-0,9 г/см3 на основе слоев углеродной ткани; при этом иглопробивной волокнистый материал соединяют с пакетом из слоев ткани углеродными нитями, осуществляя это иглопробивным методом, уплотнение каркаса пироуглеродом проводят до достижения УУКМ сердечника открытой пористости не более 15%, после чего доуплотняют его углеродной матрицей до максимально возможной плотности для данного типа материала, а силицирование осуществляют паро-жидкофазным методом. Перед силицированием в порах фрикционного материала может быть выращен наноуглерод каталитическим газофазным методом, а при силицировании паро-жидкофазным методом первоначальный массоперенос кремния в поры материала осуществлен по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале температур 1300-1550°С. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы элемента тормозного устройства в условиях интенсивного торможения и влажности окружающей среды без существенного усложнения технологии изготовления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
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 предназначено для химической и металлургической промышленности и может быть использовано при изготовлении подшипников, уплотнений и облицовочных плит. Сначала готовят пресс-массу на основе графитового порошка фракции 5-20 мкм в смеси с техническим углеродом, в том числе наноразмерным, и полисилоксанового или полисилазанового связующего. Затем формуют заготовку путем прессования и полимеризации связующего. Полученную заготовку обжигают соответственно при 1000-1200 °С в вакууме или при атмосферном давлении в среде аргона и при 1500-1550 °С и давлении в реакторе не более 36 мм рт.ст. После этого проводят силицирование паро-жидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров при нагреве с 1300 до 1500 °С при давлении в реакторе не более 36 мм рт.ст. с последующей выдержкой при температуре 1550-1600 °С в течение 1-2 ч и охлаждением в парах кремния. Обжиг заготовки и ее силицирование могут быть проведены в едином технологическом процессе. Обжиг заготовки на основе полисилоксанового связующего может быть проведен при атмосферном давлении с последующим нагревом до 1300 °С. Перед осуществлением массопереноса кремния в поры материала заготовки на основе полисилазанового связующего может быть произведен ее нагрев до 1500-1550 °С и промежуточное охлаждение до 1300 °С при температуре, превышающей температуру паров кремния. Повышаются эксплуатационные характеристики изделий из силицированного графита, а также воспроизводимость получаемых результатов. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе углерода и карбида кремния и изделий из них теплозащитного, конструкционного назначений для использования в области космической техники и металлургии. Способ изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала включает формирование каркаса из углеродных волокон, пропитку его раствором поликарбосилана в органическом растворителе, формование на их основе углепластиковой заготовки, термообработку ее при 1000-1500°С, формирование в порах полученной заготовки углерода и силицирование ее паро-жидкофазным методом. После термообработки необязательно проводят дополнительные операции пропитки пористой заготовки раствором поликарбосилана, его отверждение и термообработку. В способе используют поликарбосилан с двойными и/или тройными связями при углероде, например полидиметилсилэтин
или полидиметилсилэтенсилэтин
а в качестве растворителя - непредельные или ароматические углеводороды, при этом в пропиточный раствор добавляют инициатор радикальной полимеризации в количестве 1-1,5% от веса полимера, например азобисизобутиронитрил. Техническим результатом изобретения является повышение работоспособности изделий из УККМ в условиях воздействия окислительной среды, высоких температур и высоких механических нагрузок. 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к конструкционным материалам для машиностроения, химической и металлургической промышленности и может быть использовано при изготовлении опорных и упорных подшипников, подшипников скольжения, торцовых уплотнений насосов, предназначенных для перекачивания жидкостей с абразивными частицами, а также облицовочных плит. Сначала готовят пресс-массу на основе графитового порошка фракции 5-30 мкм или его смеси с техническим углеродом, в том числе наноразмерным, и полимерного фенолформальдегидного связующего, в качестве которого используют раствор жидкого бакелита в изопропиловом спирте условной вязкостью 16 с. Можно использовать графитовый порошок, уплотненный пироуглеродом, или графит с пироуглеродным покрытием. Затем из полученной пресс-массы формуют заготовку путем прессования, полимеризуют связующее и обжигают полученную заготовку. Обожжённую заготовку силицируют паро-жидкофазным методом путем нагрева и выдержки 1-2 ч при 1500-1600°С в парах кремния при температуре паров, превышающей температуру заготовки при нагреве ее с 1300 до 1500°С соответственно на 120-10°С. Нагревать заготовку в интервале 1300-1500°С можно ступенчато с изотермическими выдержками. После этого заготовку охлаждают в парах кремния в отсутствие указанной разницы температур. Температуре 1500°С соответствует графитовый порошок с большей химической активностью к кремнию, а температуре 1600°С – с меньшей. Повышаются эксплуатационные характеристики изделий из силицированного графита, а также воспроизводимость получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к конструкционным материалам для машиностроения, химической и металлургической промышленности и может быть использовано при изготовлении опорных и упорных подшипников, подшипников скольжения, торцовых уплотнений насосов, предназначенных для перекачивания жидкостей с абразивными частицами, а также облицовочных плит. Сначала готовят пресс-массу на основе смеси графитового порошка фракции 30-63 мкм и фракции 1-10 мкм с содержанием последней 30-40% от объема порошковой смеси и полимерного фенол-формальдегидного связующего, в качестве которого используют раствор жидкого бакелита в изопропиловом спирте условной вязкостью 20 секунд. Затем из полученной пресс-массы формуют заготовки, полимеризуют связующее и обжигают заготовку. Обожжённую заготовку силицируют парожидкофазным методом путем нагрева и выдержки 1-2 ч при 1650-1750 °С в парах кремния при температуре паров, превышающей температуру заготовки при нагреве ее с 1300 до 1650 °С соответственно на 150-10 градусов. Нагревать заготовку в интервале 1300-1650 °С можно ступенчато с изотермическими выдержками. После этого заготовку охлаждают в парах кремния в отсутствие указанной разницы температур. Температуре 1650 °С соответствует графитовый порошок фракции 30-63 мкм с меньшей степенью графитации, а температуре 1750 °С – с большей. Повышаются эксплуатационные характеристики изделий из силицированного графита, а также воспроизводимость получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способу и реактору для металлирования крупногабаритных заготовок в высокотемпературном реакторе установки для объемного металлирования паро-жидкофазным, альтернативным жидкофазным и комбинированным методами. Способ включает вакуумирование реактора в холодном состоянии и при нагреве в ходе проведения процесса металлирования. Причем в ходе проведения процесса металлирования осуществляют раздельное вакуумирование теплоизоляционного материала, размещенного в герметичных камерах, образованных герметичными элементами футеровки крышки, корпуса и днища реактора и самими элементами реактора, и рабочего реакторного пространства, а после завершения процесса металлирования вплоть до очередного его проведения производят консервацию теплоизоляционного материала путем создания в герметичных камерах атмосферы инертного газа с избыточным давлением 0,025-0,03 атм, путем подачи инертного газа в герметичные камеры одновременно с подачей воздуха в рабочий объем реактора и поддержания в камерах и рабочем объеме реактора близкого по значению давления до создания в них атмосферного давления, с последующим созданием в герметичных камерах избыточного давления. Раскрыт также реактор, в котором футеровка корпуса, крышки и днища реактора установки для металлирования заготовок выполнена из углеродного порошкового и/или волокнистого наполнителя низкой теплопроводности, расположенного в контейнерах, образованных обечайками и/или чашами из армированного углеродными волокнами композиционного материала на основе углеродной или углерод-карбидметаллической матрицы типа C-SiC, C-TiC и соответствующими корпусными деталями реактора. Футеровка выполнена из двух групп обечаек и чаш, образующих с соответствующими корпусными деталями реактора камеры для размещения в них контейнеров, заполненных теплоизоляционным материалом. Также раскрыт способ изготовления углеродсодержащей футеровки упомянутого реактора. Обеспечивается объемный характер металлирования карбидообразующими металлами крупногабаритных заготовок. 3 н.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к высокотемпературному реактору установки для объемного металлирования заготовок из пористых материалов. Реактор содержит корпус с футеровкой в виде засыпки углеродного порошка и/или укладки волокнистого углеродного наполнителя низкой теплопроводности в контейнеры из плотного термостойкого материала, вертикально расположенные по отношению к днищу реактора предварительно герметизированные П-образные оболочки из углерод-углеродного или углерод-карбидокремниевого композиционного материала, имеющие герметичные втулки для замера через них температуры в реакторе, при этом П-образные оболочки своими торцами установлены через уплотнения и/или герметик в углубления, выполненные в днище реактора, с образованием герметичных тороидальных камер, внутри которых располагаются контейнеры, заполненные теплоизоляционным материалом и закрытые крышками, причем герметичные камеры снабжены штуцерами для непосредственного соединения с вакуумной системой. При этом перед тороидальными камерами размещены тепловые экраны цилиндрической формы из предварительно герметизированного углерод-углеродного или углерод-карбидокремниевого композиционного материала, часть которых может быть выполнена в виде спирали Архимеда, а герметичные втулки выполнены заодно с оболочками П-образной формы. Обеспечивается повышение качества объемного металлирования заготовок. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
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 относится к области конструктивного исполнения высокотемпературных реакторов установок, предназначенных для объемного металлирования пористых материалов. Реактор установки для металлирования заготовок содержит корпус реактора и футеровку. Футеровка содержит установленную внутри корпуса реактора с зазором по отношению к нему предкорпусную неохлаждаемую водой металлическую обечайку, образующую совместно с корпусом реактора герметичную предкорпусную камеру, горизонтально расположенные по высоте корпуса реактора отдельные предварительно герметизированные оболочки, между которыми установлены демпферные прокладки. Концевые участки герметичных оболочек соединены с соответствующими участками предкорпусной обечайки и образуют совместно с ними герметичные камеры тороидальной формы, внутри которых расположены контейнеры из термостойкого материала, заполненные теплоизоляционным материалом и закрытые крышками, и которые снабжены отверстиями для соединения их с герметичной предкорпусной камерой, имеющей со стороны корпуса реактора штуцер для соединения с вакуумной системой. Камеры тороидальной формы имеют профиль, формирующий часть длины каналов для замера температуры во внутреннем объеме реактора. Предкорпусная обечайка имеет выполненные соосно с указанными каналами отверстия, совмещенные с отверстиями в металлических втулках, соединяющих между собой предкорпусную обечайку с корпусом реактора. Обеспечивается повышение вероятности получения положительных результатов по степени металлирования крупногабаритных заготовок парожидкофазным, альтернативным жидкофазным и комбинированным методами металлирования. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к торцевым уплотнениям и способу их изготовления и предназначено для использования в различного рода насосах: химических, погружных центробежных, а также в турбинах и т.п. Торцовое уплотнение выполнено из композиционного материала на основе углерод-карбидокремниевой матрицы, содержащей свободный кремний и армированной каркасом тканепрошивной структуры с ориентацией в нем слоев низкомодульной углеродной ткани перпендикулярно его рабочей поверхности и расположением волокон в каждом из слоев ткани под углом 45° к указанной поверхности. При этом композиционный материал непроницаем для жидкости, содержание карбида кремния в углерод-карбидокремниевой матрице композиционного материала увеличивается в сторону его рабочей поверхности, свободный кремний расположен в открытых порах углерод-карбидокремниевой матрицы, а размеры его фрагментов со стороны указанной поверхности не превышают 10 мкм. Технический результат заключается в повышении ресурса работы торцовых уплотнений, снижении их веса и уменьшении утечки перекачиваемой насосом жидкости. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Изобретение может быть использовано при изготовлении герметичных изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и воздействии окислительной среды при её одностороннем или двустороннем доступе к изделию. Герметичное изделие монолитной конструкции выполнено из высокотемпературного композиционного материала (КМ), армированного длинномерными волокнами и включает внутреннюю 1 и наружную 2 оболочки. Герметичное покрытие 3, совместимое по коэффициенту линейного термического расширения (клтр) с материалом внутренней 1 и наружной 2 оболочек, расположено между ними. Оболочки 1 и 2 выполнены из высокомодульного высокопрочного углерод-углеродного и/или углерод-карбидокремниевого композиционного материала, и/или композиционного материала, открытые поры углерод-карбидокремниевой матрицы которого заполнены оксидной матрицей того же состава, что и состав материала герметичного покрытия 3, имеющего состав Y2O3×Al2O3×SiO2 или Y2O3×Al2O3×HfO2×SiO2. Между покрытием 3 и наружной 2 оболочкой расположено барьерное покрытие 4, исключающее непосредственный контакт материала покрытия 3 с углеродом и/или кремнием и термодинамически совместимое с указанным покрытием. Между внутренней 1 оболочкой и покрытием 3 либо также расположено барьерное покрытие 4, либо внутренняя оболочка 1 выполнена из углерод-карбидокремниевого композиционного материала, не содержащего в своем составе свободного кремния. Барьерное покрытие 4 формируют перед формированием оксидного покрытия 3 на внутренней оболочке 1, а наружную 2 оболочку формируют поверх оксидного покрытия 3. Герметичное покрытие дополнительно может быть нанесено со стороны наружной 6 и/или внутренней поверхности изделия. Полученные изделия имеют большую толщину и высокую прочность при пониженном весе. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 пр.
Изобретение относится к способу изготовления герметичных изделий. Способ включает изготовление внутренней оболочки из композиционного материала (КМ), формирование на ней герметичного покрытия, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из КМ на основе того же типа армирующих волокон, что и КМ внутренней оболочки, при этом используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна. Внутреннюю оболочку изготавливают из углерод-карбидокремниевого композиционного материала, не содержащего свободного кремния. В качестве композиции при формировании герметичного покрытия используют суспензию на основе связующего - раствора органоиттрийоксаналюмоксансилоксана и наполнителя - смеси мелкодисперсных огнеупорных порошков Al2O3, Y2O3, SiO2 или Al2O3, Y2O3, HfO2, SiO2. Формирование покрытия осуществляют путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой, и последующей термообработки при 1600°С. Изготовление наружной оболочки производят по сформированному поверх герметичного оксидного покрытия барьерному покрытию. Изготовление оболочки осуществляют в следующей последовательности: формируют каркас, пропитывают его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим. Далее формуют углепластиковую заготовку, подвергают ее карбонизации и уплотнению пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности или уплотняют пироуглеродом до промежуточной плотности. Выращивают в порах материала наноуглерод и силицируют парожидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1500°С с последующей выдержкой при температуре 1550-1600°С. Технический результат заключается в обеспечении возможности снижения веса изготавливаемых изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и при наличии окислительной среды. 3 з.п. ф-лы, 10 пр.
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.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЁМНОГО МЕТАЛЛИРОВАНИЯ // 2574947
Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов с металлической или карбидно-металлической матрицами, а также из керметов. Устройство для объемного металлирования заготовок содержит основные нагреватели, расположенные вокруг наружной реторты, и дополнительный нагреватель для подогрева тиглей с металлом, внутреннюю реторту замкнутого объема с размещенными внутри нее металлируемыми заготовками и тиглями с металлом, реактор проточного типа, теплоизоляцию из пористых углеграфитовых материалов и пневмо-газо-вакуумную систему. Наружная и внутренняя реторты выполнены из частей, расположенных по высоте, и размещены коаксиально друг другу с зазором. Наружная реторта снабжена патрубками для соединения межретортного зазора с пневмо-газо-вакуумной системой. Дополнительный нагреватель расположен вертикально по центру внутренней реторты, выполнен с возможностью обеспечения равномерного температурного поля по его высоте и размещен во вмонтированном в донную часть внутренней реторты герметичном защитном стакане из термостойкого материала, вокруг которого по всей высоте установлены тигли с металлом. В частном случае осуществления изобретения тигли с металлом выполнены в форме полуторов. Обеспечивается снижение длительности процесса металлирования при одновременном снижении брака как длинномерных, так и выполненных из керметов деталей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
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 получения композиционных материалов на основе углерода и карбида кремния и изделий из них, теплозащитного, конструкционного назначений, предназначенных для эксплуатации в условиях комплексных статических и динамических нагрузок при температурах до 2000°C в окислительной и абразивосодержащих средах (авиакосмическая техника и металлургия). Способ изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала включает формирование каркаса из жаростойких волокон, таких как углеродное и карбидокремниевое, частичное уплотнение его углеродным матричным материалом, пропитку керамообразующим полимером, термообработку заготовки при конечной температуре 1300-1600°C, формирование в порах материала заготовки активного к кремнию углерода пористой структуры, путем пропитки коксообразующим полимером с последующей его карбонизацией или путем зауглероживания пор каталитическим углеродом, силицирование полученной заготовки паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки при температуре карбидизации кремния (1600-1800°C) и охлаждения в парах кремния. Перед формированием в порах материала заготовки углерода осуществляют повторную пропитку заготовки керамообразующим полимером, являющимся прекурсором нитрида и/или карбида кремния, с последующим его отверждением и термообработкой при 1300-1600°C. Перед охлаждением заготовки проводят выдержку при температуре 1600-1700°C в течение 1-3-х часов. Технический результат - повышение работоспособности изделий из керамоматричного композиционного материала при тепловом и механическом нагружении в окислительной среде. 4 з.п. ф-лы., 14 пр., 1 табл.
Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано в химико-металлургической промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред. Углерод-карбидокремниевый композиционный материал содержит углеродный волокнистый наполнитель и матрицу, состоящую из карбида кремния, кремния и углерода. В нем часть карбида кремния представляет собой наноразмерные волокна или трубки, размеры отдельных фрагментов кремния не превышают 10 мкм, а компоненты материала содержатся в следующем количестве, вес.%: углеродные волокна 29-40,1, карбид кремния 35-56,4 при содержании в нем карбидизовавшихся углеродных волокон не более 3,8, свободный кремний 2-10, свободный углерод - остальное. На основе армированного углеродными волокнами каркаса и коксообразующего связующего формируют углепластиковую заготовку, проводят ее карбонизацию, формируют в порах материала заготовки активный к кремнию углерод и силицируют полученную заготовку парожидкофазным методом. Перед формированием заготовки насыщают каркас пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до его содержания 10-18,5 вес.%, а формирование в порах материала заготовки перед ее силицированием активного к кремнию углерода осуществляют путем выращивания в порах наноразмерного углерода в форме волокон или трубок. Первоначальную доставку кремния в поры материала при паро-жидкофазном методе силицирования осуществляют предпочтительно путем капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1500°C. Технический результат изобретения - повышение ресурса работы изделий в условиях агрессивной среды, высокого теплового и механического нагружения. 2 н.. и 2 з.п. ф-лы, 16 пр., 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов (КМ) на основе углерод-керамической матрицы и изделий из них теплозащитного, конструкционного назначений, предназначенных для длительной работы в окислительных средах преимущественно в интервале температур 800-1500°C. Способ изготовления изделий из КМ с углерод-керамической матрицей включает пропитку каркаса и/или заготовки раствором борной кислоты, сушку и пропитку коксо- и/или керамообразующим полимером, являющимся прекурсором нитрида- и/или карбида кремния, с последующими операциями термохимической обработки, такими как отверждение полимера, карбонизация, высокотемпературная обработка заготовки при температуре 1300 или 1500оС до получения углерод-керамической матрицы высокой плотности. В соответствии с заявляемым техническим решением пропитку каркаса и/или пористой заготовки производят нагретым до 100-120°C концентрированным раствором борной кислоты с последующим принудительным быстрым охлаждением до комнатной температуры и сушкой при ней до удаления воды из заготовки. Высокотемпературную обработку каркаса или пористой заготовки, пропитанных вначале кислотой, а затем коксо- и/или керамообразующим полимером, предпочтительно проводят в среде особо чистого азота. Некоторое количество повторно проводимых операций термохимической обработки на заключительном этапе получения КМ заменяют на формирование в порах материала заготовки углерода мелко- и открытопористой структуры и последующее силицирование паро-жидкофазным методом с доставкой кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров. Техническим результатом изобретения является уменьшение длительности цикла изготовления изделий из КМ с углерод-керамической матрицей, содержащей соединения бора, без снижения надежности работы изделий в окислительной среде в интервале температур 800-1500°C. 4 з.п. ф-лы, 6 пр.
Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано в химико-металлургической промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред. Способ изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала включает изготовление пористой заготовки из углеродсодержащего материала, армированного жаростойкими волокнами и дисперсным углеродным наполнителем, и последующее ее силицирование. Для этого из жаростойких волокон формируют каркас объемной структуры, его поры заполняют дисперсным углеродным наполнителем с одновременным формированием керамической и/или углеродной матрицы путем пропитки каркаса пересыщенным при комнатной температуре водным раствором сахара (горячим сахарным сиропом). После кристаллизации частиц сахара заготовку сушат при комнатной температуре до удаления воды из пор заготовки и пропитывают растворами керамо- и/или коксообразующих полимеров, растворитель которых не является растворителем сахара, отверждают при 160-300°С и термообрабатывают при 850-1300°C. Заготовку силицируют жидкофазным или паро-жидкофазным методом при конечной температуре карбидизации кремния 1800°С. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы изделий в условиях теплового нагружения в окислительной среде. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 пр.
УГЛЕРОД-КАРБИДОКРЕМНИЕВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ НЕГО ГЕРМЕТИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ // 2570073
Изобретение относится к области углерод-каридокремниевых композиционных материалов (УККМ), предназначенных для работы в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано при создании ракетно-космической техники, где к изделиям предъявляется требование по герметичности под избыточным давлением. Углерод-карбидокремниевый композиционный материал содержит армирующие углеродные волокна и углерод-карбидокремниевую матрицу, открытые поры которой заполнены свободным кремнием; причем компоненты материала имеют близкие значения КЛТР. В нем свободный кремний распределен по всему объему материала, а размер его отдельных фрагментов вблизи наружной поверхности материала не превышает 30 мкм; при этом свободный кремний содержит в своей структуре растворенные в нем углерод и азот. В порах заготовки на основе углеродной ткани и пироуглерода формируют углерод в виде ультра- и/или нанодисперсных частиц, способных адсорбировать азот и углеродсодержащие газы, и проводят ее силицирование паро-жидкофазным методом. При этом массоперенос кремния в поры материала осуществляют путем капиллярной конденсации его паров на стадии нагрева и/или изотермической выдержки в интервале температур 1300-1500°C. Технический результат - обеспечение возможности использования герметичных изделий из УККМ при температурах выше температуры плавления кремния, в том числе в вакууме. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Изобретение относится к углерод-карбидокремниевым композиционным материалам. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик изделий. Формируют каркас из углеродных волокон, уплотняют его углеродом с получением заготовки из углерод-углеродного композиционного материала с открытой пористостью, уменьшающейся от защитных слоев к несущим слоям материала будущего изделия от 20-60 до 6-12%. Заполняют открытые поры материала заготовки дисперсным углеродом и проводят силицирование. В качестве дисперсного углерода используют нанодисперсный углерод или его смесь с мелкодисперсным углеродом с размером частиц не более 5 мкм. Силицирование осуществляют парожидкофазным методом при первоначальном массопереносе кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров в интервале температур на заготовке 1300-1600°C и давлении в реакторе не более 27 мм рт.ст. при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки соответственно на 100-10°. Затем проводят нагрев и выдержку заготовки при 1750-1850°C. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области получения конструкционных материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении равномерности распределения компонентов матрицы по толщине материала изделия. Поры каркаса и/или заготовки на основе жаростойких волокон заполняют порофором, предварительно нагретым до 100-120°С. Далее проводят охлаждение до комнатной температуры и сушку с последующей пропиткой полимером. Затем заготовку подвергают карбонизации, производят уплотнение пироуглеродом и/или проводят силицирование. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе углерод-керамической матрицы и изделий из них, теплозащитного, конструкционного назначений, предназначенных для эксплуатации в условиях комплексных статических и динамических нагрузок при температурах до 2000°С в окислительной и абразивосодержащих средах (авиакосмическая техника и металлургия). Способ изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала включает формирование каркаса из жаростойких волокон, частичное уплотнение его углерод-керамическим матричным материалом с использованием соответствующих прекурсоров углерода и карбида и/или нитрида кремния и силицирование полученной заготовки. На стадии, непосредственно предшествующей силицированию, в порах материала заготовки формируют наноструктурный углерод в виде частиц, нитей или трубок, а силицирование осуществляют паро-жидкофазным методом с введением кремния в поры материала путем капиллярной конденсации его паров при температуре, превышающей температуру силицируемой заготовки. Технический результат - повышение работоспособности изделий в условиях нагрева до высоких температур и механического нагружения в окислительной среде. 2 з.п. ф-лы, 1 табл. 10 пр.
Изобретение относится к области углерод-карбидокремниевых композиционных материалов (УККМ), предназначенных для работы в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано при создании ракетно-космической техники, где к изделиям предъявляется требование по герметичности под избыточным давлением. Способ изготовления герметичных изделий из УККМ включает изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, компоненты которого имеют близкий КЛТР, и ее силицирование паро-жидкофазным методом при температуре 1700-1850°C. Для силицирования берут заготовку из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) на основе углеродного волокнистого каркаса и углеродной матрицы, имеющего плотность 75-80% от максимально возможной для данного типа материала, а силицирование проводят в 2 этапа, чередуя его с введением в поры материала углерода. На 1-м этапе силицирования кремний вводят в поры материала заготовки в количестве 50-70% от содержания углеродной матрицы, осуществляя это в интервале температур 1300-1500°C при температуре паров кремния, превышающей температуру силицируемой заготовки, с последующим нагревом заготовки до 1750-1800°C и охлаждением при температуре, превышающей температуру паров кремния. После завершения 1-го этапа силицирования в порах образовавшегося УККМ формируют углерод в виде ультра и/или нанодисперсных частиц, а затем проводят окончательное силицирование, осуществляя первоначальный массоперенос кремния в поры материала заготовки аналогично 1-му этапу. Техническим результатом изобретения является получение герметичного изделия из УККМ с высоким содержанием стойкой к окислению карбидокремниевой матрицы, упрочненной лишь незначительно карбидизовавшимися углеродными волокнами. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 17 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.
Изобретение может быть использовано при получении конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, для химической, нефтехимической, химико-металлургической промышленности и авиатехники. Способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого композиционного материала (УККМ) включает изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, формирование на ней шликерного покрытия на основе композиции из порошка кремния и временного связующего, нагрев, выдержку при 1700-1900°C и охлаждение в вакууме в парах кремния в замкнутом объеме реторты при наличии возможности нагрева тиглей с кремнием до более высокой температуры, чем температура силицируемой заготовки. Нагрев заготовки осуществляют с 1300 до 1600-1650°C при температуре тиглей с кремнием, превышающей температуру заготовки на 20-150°C, причем меньшей температуре на заготовке соответствует большая разница температур и, наоборот, большей температуре - меньшая разница, при этом нагрев заготовки с 1300 до 1400°C производят ступенчато с изотермическими выдержками в указанном интервале температур. Техническим результатом является упрощение способа изготовления крупногабаритных изделий из УККМ без снижения их качества. 1 табл., 9 пр.
Изобретение может быть использовано при получении конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, для химической, нефтехимической, химико-металлургической промышленности и авиатехники. Способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого композиционного материала (УККМ) включает изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, формирование на ней шликерного покрытия на основе композиции из порошка нитрида кремния или капсулированного в нитридкремниевой оболочке кремния и временного связующего, нагрев, выдержку при 1700-1900°C и охлаждение в вакууме в парах кремния в замкнутом объеме реторты при наличии возможности нагрева тиглей с кремнием до более высокой температуры, чем температура силицируемой заготовки. Нагрев заготовки с 1300 до 1650-1700°C осуществляют при температуре тиглей с кремнием, превышающей температуру заготовки на 10-100°C, причем меньшей температуре на заготовке соответствует большая разница температур и наоборот. Нагрев заготовки с 1300 до 1500-1550°C производят ступенчато с изотермическими выдержками в указанном интервале температур. Техническим результатом изобретения является упрощение способа изготовления крупногабаритных изделий из УККМ без снижения их качества. 1 табл.
Изобретение относится к производству изделий из углеродсодержащих материалов и предназначено для защиты от окисления изделий, работающих к условиях окислительной среды при высоких температурах. Техническим результатом является повышение жаростойкости, прочности и вязкости разрушения, а также стойкости покрытий к тепловому удару. Способ получения защитных покрытий на изделиях с углеродсодержащей основой включает формирование на поверхности изделия шликерного покрытия на основе композиции, состоящей из смеси нанодисперсных и ультрадисперсных порошков тугоплавких элементов и/или соединений, по крайней мере один из которых химически активен к кремнию и образует при взаимодействии с ним карбид кремния и/или тугоплавкие силициды, и/или тройные соединения, и временного связующего. Затем производят реакционное спекание шликерного покрытия в вакууме в парах кремния путем пропитки конденсатом его паров в интервале температур 1300-1450°С при температуре паров кремния, превышающей температуру изделия на 10-50 градусов, с последующим нагревом до температуры завершения реакций образования указанных выше соединений, при этом при меньшей температуре и меньшей разнице температур происходит пропитка наиболее мелких пор шликерного покрытия. 1 табл., 21 пр.
Изобретение относится к конструкциям, работающим в условиях теплового и механического нагружения в окислительной среде, и может быть использовано при создании ракетно-космической техники, где к изделиям предъявляется требование по герметичности. Герметичное изделие выполнено из углерод-карбидокремниевого материала (УККМ), компоненты которого имеют близкий КЛТР. В соответствии с заявляемым техническим решением оно выполнено по всей его толщине или, по крайней мере, со стороны наружной или внутренней поверхности из УККМ на основе каркаса тканепрошивной или объемно-тканой структуры с ориентацией слоев ткани параллельно рабочей поверхности изделия при содержании прошивных или перевязочных нитей 4-8 об.%; при этом материал имеет открытую пористость не более 0,1 %. Прошивные или перевязочные нити каркаса предпочтительно не имеют сквозного прохода с внутренней поверхности изделия на наружную поверхность. Со стороны внутренней и/или наружной поверхности изделия может быть нанесено герметичное покрытие из карбидокремниевого материала с КЛТР, близким к КЛТР УККМ и его компонентов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы изделия в жестких условиях эксплуатации по величине давления и величине окислительного потенциала контактирующей с ним среды. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе углерода и карбида кремния. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности работы изделия в условиях высокотемпературного теплового и механического нагружения в окислительной среде. Формируют каркас из жаростойких волокон и частично уплотняют углеродным и/или керамическим матричным материалом. В порах материала заготовки перед ее силицированием формируют частицы мелкодисперсного углерода с одновременным капсулированием и частичным связыванием их между собой путем кристаллизации мелкодисперсных частиц дисахарида или моносахарида, например сахарозы или фруктозы, из перенасыщенного при комнатной температуре водного раствора. Далее проводят сушку при комнатной температуре до удаления воды из пор материала заготовки, пропитку заготовки раствором коксо- или керамообразующего полимером условной вязкостью 20-40 сек с последующей термообработкой при 850-1300°C. Силицирование заготовки осуществляют парожидкофазным методом путем нагрева, выдержки и охлаждения в парах кремния. 1 табл.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ УГЛЕРОД-КАРБИДОКРЕМНИЕВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА // 2559248
Изобретение относится к области углерод-карбидокремниевых композиционных материалов (УККМ), работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано при создании ракетно-космической техники, где к изделиям предъявляется требование по герметичности под избыточным давлением. Способ изготовления герметичных изделий из УККМ включает изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала, компоненты которого имеют близкий КЛТР, и ее силицирование парожидкофазным методом путем нагрева, выдержки и охлаждения в парах кремния. Для силицирования берут заготовку с преобладающим размером пор не более 40 мкм, перед ее силицированием в поверхностные поры материала втирают шликерную композицию из порошка углерода или его смеси с соединениями, имеющими КЛТР, близкий к КЛТР компонентов материала заготовки, после чего формируют на поверхности изделия шликерное покрытие на основе указанной композиции. В композиции для формирования шликерного покрытия со стороны огневой поверхности используют порошки с размерами частиц, равными или превышающими размеры преобладающих пор материала заготовки не более чем в 2-2,5 раза. В шликерном покрытии для противоположной ей поверхности изделия используют порошки с размерами менее 5 мкм, в том числе наноразмерами. Массоперенос кремния в поры материала заготовки и шликерного покрытия осуществляют путем капиллярной конденсации его паров на стадии нагрева и/или изотермической выдержки в интервале температур 1300-1600°С при температуре паров кремния, превышающей температуру силицируемой заготовки. Техническим результатом изобретения является получение герметичных изделий из УККМ для использования при температурах выше температуры плавления кремния как в вакууме, так и при избыточном давлении. 3 пр., 1 табл.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе углерода и карбида кремния. Технический результат изобретения заключается в повышении работоспособности изделий в условиях нагрева до 1900°С и механической нагрузки в окислительной среде. Формируют каркас из жаростойких волокон, таких как углеродное, карбидокремниевое. Пропитывают каркас керамоматричным полимером и проводят термообработку при температуре 1300-1500°C. Перед силицированием в порах материала заготовки формируют углерод путем пропитки коксообразующим полимером с последующей его карбонизацией или путем зауглероживания пор каталитическим углеродом. Силицирование осуществляют парожидкофазным методом путем капиллярной конденсации паров кремния в интервале 1300-1550°C с последующим нагревом и выдержкой при температуре 1600-1650°C в течение 2-3-х часов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретения относятся к области композиционных материалов с карбидкремниевой матрицей, предназначенных для работы под избыточным давлением в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и могут быть использованы в химической, нефтяной и металлургической промышленности, а также в авиатехнике. Карбид кремния, армированный длинномерными жаростойкими волокнами, совместимыми по коэффициенту линейного термического расширения с компонентами матрицы, содержит равномерно распределенные по объему материала свободный кремний и углерод в количестве до 6 и 15 вес.% соответственно; при этом размеры отдельных фрагментов кремния не превышают 10-15 мкм. Часть карбида кремния представлена наноразмерными зернами, волокнами или трубками. Для изготовления изделий из вышеописанного карбида кремния формируют каркас из длинномерных волокон, на волокнах каркаса формируют пироуглеродное покрытие, затем на основе каркаса и коксообразующего связующего формуют пластиковую заготовку, производят её карбонизацию. Поры карбонизованного пластика заполняют наноразмерным углеродом в форме частиц, волокон или трубок и производят силицирование заготовки паро-жидкофазным методом путем капиллярной конденсации паров кремния в интервале температур 1350-1500°C при температуре паров кремния, превышающей температуру заготовки на 50-100 градусов, при этом меньшей температуре на заготовке соответствует большая разница между температурой паров кремния и заготовкой и наоборот, после чего производят нагрев и выдержку при 1700-1750°C в отсутствие указанной разницы температур. Техническим результатом является повышение срока службы герметичных изделий в химически агрессивных средах при высоких температурах. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 пр., 1 табл.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов и изделий теплозащитного и конструкционного назначений для использования в авиакосмической технике и металлургии в условиях комплексных статических и динамических нагрузок при температурах до 2000°С в окислительной и абразивосодержащих средах. Способ изготовления изделий из керамоматричного композиционного материала включает формирование каркаса из углеродных или карбидокремниевых волокон, частичное уплотнение его углеродкерамическим матричным материалом с использованием соответствующих прекурсоров и силицирование полученной заготовки. Каркас вначале пропитывают керамообразующим полимером, являющимся прекурсором нитрида и/или карбида кремния, формуют пластиковую заготовку при температуре отверждения связующего, термообрабатывают ее при конечной температуре 1300-1600°С, после чего в поры материала вводят углерод, например, путем частичного уплотнения пироуглеродом и/или путем пропитки коксообразующим полимером и карбонизации, и/или путем зауглероживания пор каталитическим углеродом. Силицирование осуществляют паро-жидкофазным методом путем нагрева, выдержки при температуре 1600-1700°С в течение 1-3-х часов и охлаждения в парах кремния. Перед пропиткой каркаса керамообразующим полимером на жаростойких волокнах формируют газофазное покрытие из группы: пироуглерод, карбид кремния, нитрид бора. Техническим результатом изобретения является повышение работоспособности изделий из керамоматричного композиционного материала при тепловом и механическом нагружении в окислительной среде. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области композиционных материалов состава SiC/C-SiC-Si, предназначенных для работы в условиях окислительной среды и механического нагружения при высоких температурах. Формируют каркас из карбидокремниевых волокон, содержащих в своей структуре свободный углерод и связанный с атомами кремния кислород. Затем уплотняют его коксопироуглеродной матрицей до ее содержания, составляющего 0,9-1,5 от содержания кислорода в карбидокремниевых волокнах в пересчёте на плотность пластиковой заготовки. После этого проводят силицирование полученной заготовки в вакууме парожидкофазным методом путем нагрева и охлаждения в парах кремния, чередующееся с дополнительным частичным уплотнением пористой заготовки коксопироуглеродной матрицей. Введение в поры материала заготовки кремния при силицировании и коксопироуглеродной матрицы при частичном доуплотнении ею материала осуществляют порционно не менее чем за два приема; при этом на первом этапе введения в поры материала кремния заготовку нагревают до 1300-1500°С, а на последующих - до 1600-1700°С. Силицирование, по крайней мере, на его первом этапе проводят путем капиллярной конденсации паров кремния. Очередное введение коксопироуглеродной матрицы в поры материала, в котором содержание коксопироуглеродной матрицы до проведения первого этапа силицирования составляет 0,9-1,2 от содержания кислорода в карбидокремниевых волокнах, осуществляют путем частичного уплотнения его пироуглеродом перед пропиткой коксообразующим связующим с последующей его карбонизацией. Технический результат: существенное повышение срока службы изделий в условиях окислительной среды и тепломеханического нагружения при высоких температурах. 2 з.п. ф-лы, 22 пр., 1 табл.
