Способ получения композиционного материала
Владельцы патента RU 2249572:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области получения неорганических волокнистых материалов конструкционного назначения для изделий авиационно-космической и машиностроительной промышленности. Технической задачей изобретения является создание способа получения композиционного материала с повышенной термостойкостью при температурах 1000-1750°С при сохранении физико-механических свойств материала. Способ получения композиционного материала включает пропитку заготовки из керамического волокна неорганическим золем, формование и обезвоживание заготовки путем ее деформирования с последующей сушкой, в котором неорганический золь дополнительно содержит мелкодисперсный порошок MgO. После сушки заготовку подвергают термообработке. Содержание мелкодисперсного порошка MgO в золе составляет 1-10 вес.%, термообработку проводят при 150-350°С в течение 1-3 час. Свойства полученного материала: плотность - 0,3-1,7 г/см3, прочность на изгиб - 10-110 МПа, теплопроводность 0,25-0,8 В/(м·К), повышение термостойкости в 3-5 раз при рабочих температурах 1000-1750°С. Применение полученного композиционного материала позволит повысить термостойкость, надежность и ресурс работы изделий авиационно-космической, машиностроительной и других отраслей промышленности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области получения неорганических волокнистых материалов конструкционного назначения для изделий авиационно-космической и машиностроительной промышленности.
Известен способ получения теплоизоляционного материала, согласно которому огнеупорные волокна диспергируют в коллоидном растворе алюмокремнезоля, отжимают путем вакуумирования от избытка связующего агента, формуют материал в виде прямоугольных плит или изделий. Сформованные изделия сушат при 150-200°С до остаточной влажности не более 1% (Ав.св.СССР 1564147).
Известен способ получения жаростойкого и жаропрочного формованного материала из керамических волокнистых материалов, который состоит из следующих операций: смешение компонентов в течение 20 мин, формование при давлении на прессе 2 бар, вакуумная обработка, сушка при 110-180°С (Патент ФРГ №3444397).
Недостатком известных способов является низкая температуроустойчивость получаемых материалов до 1300°С.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения композиционного материала, включающий пропитку заготовки из керамического волокна неорганическим золем, формование и обезвоживание заготовки путем деформирования с последующей сушкой, при этом деформирование ведут до уменьшения объема на 30-70% (Патент РФ №2031889).
Недостатком способа-прототипа является недостаточная термостойкость материала при рабочих температурах.
Технической задачей данного изобретения является создание композиционного материала с повышенной термостойкостью при рабочих температурах 1000-1750°С при сохранении физико-механических свойств материала.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ получения композиционного материала, включающий пропитку заготовки из керамического волокна неорганическим золем, формование и обезвоживание заготовки путем ее деформирования с последующей сушкой, в котором неорганический золь дополнительно содержит мелкодисперсный порошок MgO, а после сушки заготовку подвергают термообработке. Содержание мелкодисперсного порошка MgO в золе составляет 1-10 вес.%, термообработку проводят при 150-350°С в течение 1-3 час.
Авторами установлено, что дополнительное введение в золь мелкодисперсного порошка MgO и термообработка заготовки при 150-350°С привело к повышению термостойкости композиционного материала при рабочих температурах 1000-1750°С в течение 10 часов. Повышение термостойкости обусловлено образованием фазовых систем твердых растворов шпинели MgOAl2O3, γ-Аl2O3 и твердого раствора MgO в ZrО2.
Примеры осуществления
Пример 1
Заготовку из керамических волокон системы Аl2О3-SiO2 пропитывали неорганическим золем, в который предварительно был введен мелкодисперсный порошок MgO 1вес.%, затем заготовку формовали и обезвоживали путем деформирования. Полученные заготовки подвергали сушке в сушильном шкафу при температуре 50°С в течение 3 часов и термообработке в электропечи при температуре 150°С в течение 3 часов. Полученный композиционный материал подвергался испытаниям на термостойкость и физико-механические свойства.
Способ получения композиционного материала систем Аl2О3/Zr O2-MgO, SiC/Zr SiO4-MgO, приведенных в таблице 1 (примеры 2,3), осуществлялись аналогично примеру 1.
Составы предлагаемого композиционного материала и способ его получения приведены в таблицах 1, 2.
| Таблица 1 | ||||
| № примера | Вид волокна | Состав тв.фазы золя | Режим сушки Т°, ч | Режим термообработки, Т°, ч |
| 1 Предл. | Аl2О3-SiO2 | Аl2O3 MgO-1 вес.% | 50°-3ч | 150°-3ч |
| 2 Предл. | SiC | ZrSiO4 MgO-5 вес.% | 65°-2ч | 250°-2ч |
| 3 Предл. | Аl2O3-50 | ZrO2 MgO-10 вec.% | 80°-1ч | 350°-1ч. |
| Прототип 4 | Al2O3-SiO2 | ZrO2 | 12 | - |
| Таблица 2 | |||||||
| №при мера | Свойства композиционного материала | Наличие дефектов | |||||
| Плотность, г/см3 | Прочность при изгибе, МПа | Теплопроводность, В/(м·К) | Температура испытаний, °C | ||||
| 20-1000-20 | 20-1500-20 | 20-1750-20 | |||||
| Термостойкость - кол-во циклов | |||||||
| Предл.1 KM 2 3 | 1,2 0,6 1,7 | 20 110 65 | 0,3 0,8 0,25 | 10 10 10 | 10 10 10 | 10 10 10 | Дефектов нет, образцы сняты с испытаний без разрушения |
| Прототип 4 | 0,51-1,56 | 16-102 | 0,3 | 2 | 2 | 1 | Образцы разрушились, сняты с испытаний |
Из таблицы 2 видно, что термостойкость предлагаемых композиционных материалов Аl2О3-SiO2/Аl2О3-MgO, Аl2О3/Zr O2-MgO, SiO2/SiO2-MgO, SiC/Zr SiO4-MgO при температурах испытаний, °C: 20-1000-20, 20-1500-20, 20-1750-20 в 5-10 раз выше при сохранении физико-механических свойств соответственно композиционного материала прототипа Аl2О3-SiO2/ ZrO2.
Предлагаемый способ позволяет получить композиционный материал с повышенной термостойкостью, обеспечивающей надежность и повышение ресурса работы изделий при температурах 1000-1750°С.
1. Способ получения композиционного материала, включающий пропитку заготовки из керамического волокна неорганическим золем, формование и обезвоживание заготовки путем ее деформирования с последующей сушкой, отличающийся тем, что неорганический золь дополнительно содержит 1-10 вес.% мелкодисперсного порошка MgO , а после сушки заготовку подвергают термообработке.
2. Способ получения композиционного материала по п.1, отличающийся тем, что термообработку проводят при 150-350°C в течение 1-3 ч.
