Слоистый керамический материал
Изобретение относится к области неорганической химии тугоплавких соединений и может быть использовано в оптико-волоконной , электронной, химической промышленностях , а также в области прикладного материаловедения. Сущность изобретения: слоистый керамический материал на основе аморфного однофазного карбонитрида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях, полученный методом газофазного осаждения, выполнен из системы чередующихся слоев составов SbN4 - xCi,7x для х 0,4 + 1 и х 1,5 ± 1 причем слои каждого состава равны по толщине , а соотношение слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшим содержанием углерода лежит в пределах 1 5 - 1:20. Предел прочности при изгибе полученного материала 308 - 365 кг/мм2. 1 табл. (Л С Недостатком данного материала является то, что он не обеспечивает небольших значений прочности на изгиб из-за равной толщины слоев различного состава. Известен слоистый керамический материал , состоящий из чередующихся тонких слоев кобальта и никеля, а также оксидов железа и кремния. Известный материал не обеспечивает максимальных значений прочности на изгиб из-за равной толщины слоев различного состава Наиболее близким к заявляемому явля-, ется слоистый керамический материал, состоящий из чередующихся слоев однофазного карбида бора с различным соvj о l ю со
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ь
° Ь Ю (д) (21) 4921166/33 (22) 25.03.91 (46) 15.09.92. Бюл.№34 (71) Институт структурной макрокинетики
АН СССР (72) С,В.Лапенкова, А.Г,Варламов и
Ю.М. Григорьев (56) Keem Jahn G., Flasch James О. Muitilayer
Protective Coating and Method. Ovomic
Synthetic Materials Co Pat. 4643951 Заявл, 02.07.84, ¹ 626663, опублик. 17.02.87, кл, В 32 В 6/02, НКИ 428/469.
Бандо Хисанори, Тэрасима Такато. Способ нанесения многослойного покрытия. Кето дайгакуте, Заявка ¹ 61 — 69959, Япония.
Заявл. 09,03.84, ¹ 59 — 46363, опублик.10,04.86, кл, С 23 С 15/08, В 41 М 5/26.
Heestand КЛ . Stort D,W., Robinson W,С, Chemical Vapour Deposition of Ceramic
Compounds, Proceedings of the Conference
on CVD of Refractory Metals, Alloys and
Compounds. Ed, by А.С. Shaffhauser
Gatlinburg, Tennessee, September, 12 — 14, 1967, Изобретение относится к неорганической химии тугоплавких соединений, которое может быть использовано в оптико-волоконной, электронной, химической промышленностях, а также в области прикладного материаловедения.
Известен слоистый керамический материал, полученный путем последовательно ионно-плазмен ного распыления углерода, молибдена, кремния и карбида молибдена.
Каждый из слоев обладает различными функциональными возможностями: один обеспечивает коррозионную стойкость, другой— твердость и износостойкость, третий — ударную прочность и т.д... Ж» 1761723 А1 (st)s С 04 В 35/58; В 32 В 18/00 (54) СЛОИСТЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (57) Изобретение относится к области неорганической химии тугоплавких соединений и может быть использовано в оптико-волоконной, электронной. химической промышленностях, а также в области прикладного материаловедения. Сущность изобретения: слоистый керамический материал на основе аморфного однофазного карбонитрида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях, полученный методом газофазного осаждения, выполнен из системы чередующихся слоев составов
Я!ЗК4-хС17хдля х 04+1 и х 15+1, причем слои каждого состава равны по толщине, а соотношение слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшим содержанием углерода лежит в пределах 1:5 — 1:20. Предел прочности при изгибе полученного материала 308 — 365 кг/мм . 1 табл.
Недостатком данного материала является то, что он не обеспечивает небольших значений прочности на изгиб из-за равной толщины слоев различного состава.
Известен слоистый керамический материал, состоящий из чередующихся тонких слоев кобальта и никеля, а также оксидов железа и кремния. Известный материал не обеспечивает максимальных значений прочности на изгиб из-за равной толщины слоев различного состава.
Наиболее близким к заявляемому явля-. ется слоистый керамический материал, состоящий из чередующихся слоев однофазного карбида бора с различным со1761723
10 держанием углерода и слоях. Слои с содержанием углерода 30 и 50 мас, имели толщины 110 и 190 мкм соответственно, при общей толщине материала (1,5 — 2,0).10 мм. з
Отношение толщин карбида бора с большим содержанием углерода к слою карбида бора с меньшим содержанием углерода составило 1:0,6. Однако данное отношение толщин не обеспечивает максимального значения прочности на изгиб.
Целью изобретения является повышение предела прочности на изгиб слоистого керамического материала.
Поставленная цель достигается тем, что в слоистом керамическом материале на основе аморфного однофазного карбонитрида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях, полученных методом газофазного осаждения, согласно изобретению, выполненным из системы чередующихся слоев составов:
Sl3N4C1,17х для х = 0,4 4- 0,1 х=1,5 + 0,1, причем слои каждого состава равны по толщине, а соотношение толщины слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшим содержанием углерода лежит в и редела х 1;5 — 1,20.
Сущность изобретения заключается в создании керамических слоев, обладающих в связи с различным содержанием углерода в слое различными физическими и прочностными характеристиками. Сочетание слоев с различными свойствами, различной толщины обеспечивает повышение прочностных характеристик материала, Установлено, что система чередующихся слоев составов SiaN4C1,17х, где, х = 0,4 + 1 и х = 1,5 и 0,1 с соотношением толщин слоев с большим содержанием углерода и меньшим содержанием углерода, лежащим в пределах от 1:5 до 1:20, приводит к повышению предела прочности при изгибе на 90 — 130 .
Слоистый керамический материал, имеющий в своем составе кремний, азот и углерод, получен методом химического осаждения из газовой фазы на нагретую подложку из смеси тетраметилсилана, гидразина и водорода. Содержание углерода в слоях меняют путем изменения температуры осаждения 1180 — 1450 С, составы слоев получают соответственно: Si3N4C1,17x для х
04+ 0,1 и х=1,5 + 0,1.
Толщины полученных слоев изменяют в пределах 0,1 — 20 мкм,максимальный диапазон изменения толщин слоев с большим и меньшим содержанием углерода составляет 1;(0,25 — 25), Суммарная толщина сло15
55 истого материала составляет от 5 до 100 мкм, Максимальная прочность на изгиб слоистого керамического материала обеспечивается сочетанием слоев с большим содержанием углерода в слое с повышенной разрывной прочностью и жесткостью, а также слоев с меньшим содержанием углерода в слое, не обеспечивающих прочность на разрыв, но дающих возможность перемещаться слоям. с повышенной жесткостью друг относительно друга.
Материал состава SiaN =0,4 0,1 не является карбонитридом и не обеспечивает требуемую жесткость, что не позволяет достигнуть поставленной цели. Повышение содержания углерода в составе однофаэного карбонитрида кремния формулы SiaNaC1,17õ для х = 1,5 0,1 невозможно, Экспериментально обнаружено, что отношение толщины слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшим содержанием углерода меньше 1:5 и больше 1:20 приводит к ухудшению предела прочности на изгиб. Влияние соотношения толщин слоев с большим содержанием углерода и меньшим содержанием углерода иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Слоистый керамический материал на основе однофазного карбонитрида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях получают методом химического осаждения на нагретую вольфрамовую нить из смеси тетраметилсилана, гидразина и водорода при общем давлении 600 торр и парциальных давлениях тетраметилсилана и гидразина 20 и 8 торр соответственно. Температуру поверхности образцы периодически изменяют от 1180 до 1450 С. Время изотермической выдержки образца при низкой и высокой температурах составляет 28 и 0,1 с соответственно при общей продолжительности процесса 300 с. Общая толщина слоистого материала составляет 10 мкм отношение толщин слоев двух составо Si3N4C1,17õ для x = 0,4 - 0,1 и x = 1,5 - 0,1 соответственно, составляет 1:14,2. Предел прочности на изгиб (о из ) слоистого кера мического материала, измеряемый по трех точечной схеме, с базой, равной 2,13 мм составляет 365 кгlмм . В таблице приведены другие примерь слоистого керамического материала с указа нием необходимых параметров. По сравнению с известными слоистым материалами (примеры 8, 9) заявляемы 1761723 го керамического материала Отношение составов слоев Отношение толщин с большим со". держанием углерода и меньшим содержанием кислорода Пример Общая толщина MHO го слой но го Примечание Предел про чно сти на изгиб, кг- смз материала, мкм 365 Слоистый керамический материал 1: 74,2 Яз.3 Nr 5С «76: 81 3!13 6 Со 47 2 1:5 3 1:20 4 1:4 5 1:22 6 1:5 7 1:5 8 1:0 S 3N3 6 Соог 3 "3 6 С04т 3 3,6 0.47 3 56 047 013:!37 Со,35 0 3" 3,5 СО 5 S13N0 5С ° 76 3 0,5 «76 Si3N7,5Ci,76 3 25 «76 8«3!42,6С««64 3 г,4С«,вт 37!7.5С«.76 312 308 337 250 10 1« l0 Ионосгюй с содержанием углерода 14-16 мас.а 9 0:1 10 1:0,6 11 1:0,6 013! 3 6 Со 47 Si3N>,5C «76 Si3N 3 6 С о 47 305 Монослой с содержанием углерода 3-5 мас.о 220 Слоистый керамический материал Прототип - сгюистый керамический материал из карбида бора 160 П р и м е ч а н и е. точность измерения величины х обуслоэлена точностью метода определения его содержания. Составитель С.Лапенкова Техред М.Моргентал Корректор M,Ìàêñèìèøèíåö Редактор Заказ 3231 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 слоистый керамический материал имеет предел прочности при изгибе в 1,2 — 1,4 раза выше, Он может быть использован при получении высокомодульных волокон, используемых в качестве упрочняющих элементов 5 композиционных материалов, в качестве прочных, стойких к ударам, тугоплавких, коррозионностойких и химически инертных покрытий на поверхности деталей и машин, а также в качестве стойких покрытий без- 10 корпусных приборов и устройств, Формула изобретения Слоистый керамический материал на основе аморфного однофазного карбонитПредел прочности на изгиб слоисто рида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях, полученный методом газофазного осаждения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения предела прочности на изгиб, он выполнен из системы чередующихся слоев составов Si3N4- С1,17х соответственно с х = 0,4+ 0,1 и х = 1,5 «+ +0,1, причем слои каждого состава равны по толщине, а соотношение толщины слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшим содержанием углерода лежит в пределах от 1:5 до 1:20.
