Композиция тонкостенных трубчатых элементов и способ получения тонкостенных трубчатых элементов


 


Владельцы патента RU 2559965:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" (RU)

Изобретение относится к области получения тонкостенных трубчатых элементов на основе карбида кремния. Технический результат изобретения заключается в повышении термо-, радиационно- и химической стойкости изделий. Осуществляют совместный вибропомол смеси карбида кремния (71-79 мас.%) и фенолформальдегидной смолы (10-25 мас.%). Смешивают полученный порошок с пластификатором (5-15 мас.%), проводят таблетирование шихты, непрерывное формование трубчатых изделий при температуре 80-120°C, предварительную карбонизацию до температуры не менее 500°C со скоростью нагрева не более 8°C/час. Окончательную карбонизацию до температуры не менее 900°C проводят со скоростью нагрева не более 75°C/час с последующим силицированием образца. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области получения тонкостенных трубчатых элементов из термостойких, радиационностойких и химически стойких материалов на основе карбида кремния. Изделие предназначено для использования в системах охлаждения перспективных реакторов, а также в любых агрессивных средах, сохраняя длительную работоспособность при температурах более 700°C.

Известна графитсодержащая композиция для получения силицированных изделий, включающая углерод (графит), карбид кремния и связующее при следующем соотношении: графит - 2-70 масс.%; связующее - 10-30 масс.%; карбид кремния в виде порошка - остальное. Соотношение фракций карбида кремния следующее: (-250+91) мкм - 50-70 масс.%; менее 90 мкм - 30-50 масс.% [1].

Материал, изготовленный по данному способу, может быть использован при получении подшипников, уплотнений насосов, облицовочных плит, волокон. Однако данный материал в силу отсутствия пластичности даже при нагреве не может быть использован для формования из него тонкостенных трубчатых изделий. Также высокое содержание графита в исходной шихте приводит к снижению химической, термической и радиационной стойкости конечного продукта.

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому является способ получения композитного материала на основе β-SiC, включающий: получение смеси, называемой «смесь-предшественник», содержащей, по меньшей мере, один предшественник β-SiC и, по меньшей мере, одну углеродсодержащую смолу, предпочтительно термоотверждаемую; формование указанной смеси-предшественника, в частности, в виде труб, для получения промежуточного изделия; полимеризацию смолы; введение указанных промежуточных изделий в емкость и закрытие указанной емкости с помощью негерметичного средства для закрывания, позволяющего избежать повышения давления газа; термообработку указанных промежуточных изделий при температуре 1100-1500°C для удаления органических компонентов смолы и образования β-SiC в конечном изделии.

Изделия, полученные указанным способом, могут быть использованы в качестве внутренней облицовки электролизной ванны расплавленной соли или внутренней облицовки печи прокаливания.

Плотность образцов, изготовленных по данной технологии, варьируется в пределах 2,45-3,75 г/см3 [2]. Однако изделия, изготовленные по данной технологии, не могут иметь состава, близкого к стехиометрическому. Это приводит к снижению физико-механических свойств, а также к снижению химической, реакционной и радиационной стойкости, что ограничивает область их применения [3-5].

В основу изобретения поставлена задача получения шихты достаточной пластичности, необходимой для формования тонкостенного трубчатого элемента заданной геометрии, и в то же время с высоким (более 80%) содержанием карбида кремния в составе конечного продукта, которое обеспечивало бы высокую термо-, радиационно- и химическую стойкость конечных изделий.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ получения тонкостенных трубчатых элементов включает в себя получение смеси, содержащей карбид кремния и фенолформальдегидную смолу, и отличается тем, что в состав смеси дополнительно вводится пластификатор, перед стадией непрерывного формования трубчатых изделий при температуре 80-120°C производится таблетирование или грануляция шихты, термообработка производится в два этапа: предварительная карбонизация до температуры не менее 500°C со скоростью нагрева не более 8°C/час и окончательная карбонизация до температуры не менее 900°C со скоростью нагрева не более 75°C/час; заключительным этапом получения композитного материала является силицирование.

Композиция тонкостенных трубчатых элементов включает в качестве наполнителя первичный карбид кремния с размерами частиц 1-50 мкм, фенолформальдегидную смолу, пластификатор, при следующем массовом соотношении компонентов, масс.%:

первичный карбид кремния - 71-79%;

фенолформальдегидная смола - 10-25%;

пластификатор 5-15%.

Необходимость использования карбида кремния в качестве основного наполнителя в шихте обусловлена задачей получения плотности конечного изделия, близкой к теоретической. Реакция Si+C=SiC идет с уменьшением объема.

Поэтому использование карбида кремния минимизирует количество кремния, необходимого для связывания зерен SiC наполнителя (первичного SiC) вторичным SiC, образованным из остаточного углерода заготовки и Si, поступающего в заготовку во время операции пропитки. Соответственно, использование порошка Si или смеси порошков Si и C вместо порошка SiC с минимумом связующего в составе исходной шихты (при одинаковой пористости) снижает плотность полученных заготовок. Данное утверждение легко проверить соответствующими расчетами.

Однако именно образцы с высоким содержанием SiC и минимумом связующего являются наиболее трудным, а зачастую просто невозможным объектом для осуществления процесса непрерывного формования изделий.

Образцы с большим содержанием первичного карбида кремния (от 80 масс.% и более) на выходе из фильеры имеют поперечные трещины, неровности и разрывы. Также большое содержание первичного карбида кремния в шихте приводит к резкому увеличению давления прессования и к невозможности формования из-за ограничений мощности применяемого оборудования вплоть до выхода его из строя.

Можно заметить, что изделия с содержанием первичного карбида кремния 70 масс.% и менее и большим содержанием связующего хуже проходит стадию термообработки: вспучиваются, трескаются, теряют форму.

Образцы трубчатых изделий, полученные на крупном зерне с размером частиц первичного карбида кремния более 50 мкм, обладают более низкой плотностью и худшими физико-механическими свойствами [6].

Использование в качестве наполнителя карбида кремния с более мелким размером зерна (менее 1 мкм) резко снижает пластичность шихты [6], что приводит к невозможности проведения процесса формования тонкостенных трубчатых элементов.

В качестве связующего берутся твердые фенолформальдегидные смолы в количестве 10-25 масс.%. Однако количество связующего нельзя уменьшать менее чем 10 масс.% вследствие ухудшения формуемости и уменьшения количества коксового остатка, необходимого для образования вторичного карбида кремния.

В качестве пластификатора может использоваться стеарат цинка, парафин, глицерин в количестве 5-15 масс.%. Он добавляется для придания пластичности и формуемости.

Недостаток количества пластификатора (менее 5 масс.%) приводит к резкому снижению пластичности шихты, что приводит к невозможности проведения процесса формования тонкостенных трубчатых элементов.

Избыток пластификатора, и/или связующего выше необходимого уровня, обеспечивающего формуемость, приводит к повышенному газовыделению на стадии карбонизации и вспучиванию труб.

Способ получения тонкостенных трубчатых элементов согласно изобретению включает: совместный вибропомол смеси карбида кремния и связующего; смешение полученного порошка с пластификатором; таблетирование или грануляция шихты; непрерывное формование трубчатых изделий при температуре 80-120°C; предварительную карбонизацию до температуры не менее 500°C со скоростью нагрева не более 8°C/час; окончательную карбонизацию до температуры не менее 900°C со скоростью нагрева не более 75°C/час; для конечной операции - силицирования - использовали металлический кремний КР-0 (ГОСТ 2169-69). Силицирование проводили методом орошения в электровакуумной печи.

При производстве данного материала используется стандартное оборудование [7-8].

Таблетирование/грануляция шихты необходима вследствие конструкционных особенностей формующего оборудования.

Температура проведения стадии формования выбрана опытным путем и составляет 80-120°C. При снижении или повышении температуры за обозначенные рамки происходит резкое снижение вязкости шихты, что приводит к невозможности проведения процесса непрерывного формования.

Основные процессы предварительной карбонизации, процессы полимеризации связующего и удаление пластификатора сопровождаются наибольшим газовыделением и проходят при температуре 150-450°C, следовательно, скорость нагрева в данном интервале температур должна быть минимальной. Скорость нагрева не более 8°C/час была подобрана экспериментально.

При проведении окончательной карбонизации при температуре 500-900°C значительно снижается газовыделение, происходят незначительные усадки. Снижение скорости нагрева менее чем 75°C/час - не имеет необходимости, а подъем скорости нагрева выше 75°C/час может привести к возникновению пузырей и трещин в образце. При температуре 900°C происходит окончательная карбонизация связующего.

Пример конкретного выполнения.

Шихту, состоящую из 800 г SiC марок М40, М7 (зерновой состав соответствует ГОСТ 3647-80, химический состав соответствует ГОСТ 26327-84) со средним размером частиц 45-50 мкм и 200 г фенольной смолы пульвербакелит СФП-012А1 (ТУ 2257-074-05015227-2002) подвергли совместному смешиванию и измельчению в шаровой мельнице. К полученной массе добавили 100 г стеарата цинка (ТУ 6-09-17-316-96). Смешение данной массы проводили на вибрационном смесителе в течение времени, необходимого для получения однородной шихты. Таблетирование шихты проводили на вертикальном гидравлическом прессе в цилиндрическую матрицу. Стадию непрерывного формования трубчатых изделий проводили на горизонтальном шранг-прессе с использованием обогреваемой трубной головки с заданной геометрией при температуре 80-120°C. Предварительную карбонизацию до 500°C проводили в печи СНОЛ со скоростью нагрева 8°C/час. Окончательную карбонизацию до 900°C проводили в печи СНОЛ со скоростью нагрева 75°C/час. Термообработанную трубу силицировали в вакуумной печи по стандартным режимам. Для конечной операции - силицирования - использовали металлический кремний КР-0 (ГОСТ 2169-69).

В приведенной ниже таблице №1 представлены данные по плотностям и фазовому составу полученных образцов тонкостенных карбидкремниевых трубчатых изделий.

В таблице 2 представлены режимы формования и термообработки изделий.

Таблица 1
Опробованные варианты композиций и фазовый состав полученных изделий
SiC, масс. % масс. % ФФС масс.% Пластификатора Размер частиц исходного SiC, MKM Фазовый состав полученного изделия Плотность, г/см3
SiC, масс.% Si, масс.% с, масс. %
1 70 15 15 +50 72,8 21,6 5,6 2,47
2 80 7 13 1-50 На выходе из фильеры образцы имели поперечные трещины, неровности и разрывы даже при увеличении давления прессования
3 72 25 3 -1 При последующей термообработке образцы вспучились, трескались и теряли форму
4 71 19 10 1-50 80,3 18,5 1,2 2,86
5 75 10 15 +50 75,9 22,7 1,4 2,60
6 75 15 10 +50 75,8 21,3 2,9 2,73
7 75 20 5 +50 74,1 22,0 3,9 2,64
8 75 10 15 1-50 85,1 14,9 0 2,93
9 75 15 10 1-50 89,7 10,3 0 3,06
10 75 20 5 1-50 85,9 12,8 1,3 2,97
11 75 10 15 - 1 77,2 20,8 2,0 2,73
12 75 15 10 - 1 79,5 17,2 3,3 2,78
13 75 20 5 - 1 75,8 19,6 4,6 2,74
14 79 13 8 1-50 85,5 14,5 0 2,90
15 80 15 5 +50 78,4 18,3 3,3 2,53
16 71 27 3 1-50 При последующей термообработке образцы вспучились, трескались и теряли форму
17 72 11 17 -1 На выходе из фильеры образцы имели поперечные трещины, неровности и разрывы даже при увеличении давления прессования

Как видно из таблицы №1, образцы с размером частиц наполнителя в диапазоне 1-50 мкм имели максимальное содержание фазы SiC и максимальную плотность (образцы 2, 8-10, 14). Содержание в исходной шихте первичного карбида кремния от 80 масс.% и более приводит к снижению плотности изделий, а также снижению вязкости формуемой шихты, что приводит к резкому увеличению давления формования или невозможности формования изделий (образец 2). Снижение содержания карбида кремния ниже 71 масс.% не позволит получить изделия с большим содержанием SiC в итоговой шихте (образец 1). Избыток связующего и пластификатора приводит к невозможности формования изделий правильной формы (образец №17) или к отбраковке изделий после стадии термообработки (образце №16).

Таблица 2
Режимы формования и термообработки изделий
Формование Предварительная карбонизация Окончательная карбонизация
Температура, °C Результат Температура, °C Скорость нагрева, °С/час Результат Температура, °C Скорость нагрева, °C/час Результат
1 60 Не сформована труба - - - - - -
2 80 + 400 10 Обилие пузырей и трещин на изделии - - -
3 100 + 500 8 + 900 75 +
4 120 + 600 6 + 800 100 Обилие пузырей
и трещин на изделии
5 140 Не сформована труба - - - - - -

Образцы 1 и 5 не были сформованы из-за высокой вязкости шихты при данных температурах. Образец 2 не прошел стадию предварительной карбонизации из-за высокой скорости нагрева. Выделяющиеся летучие вещества не успевают удалиться через поры изделия, что приводит к браку. Образец 4 не прошел стадию окончательной карбонизации из-за высокой скорости нагрева. Выделяющиеся летучие вещества не успевают удалиться через поры изделия, что приводит к браку. Образец 3 прошел все стадии термообработки и сохранил свою геометрию.

Источники информации

1. Патент РФ №2174947 от 20.10.2001. Заявка: 2000102869/12 от 09.02.2000.

2. Патент РФ №2375331 от 10.12.2009. Заявка: 2006144450/03 от 10.05.2005.

3. Самойлов В.М., Водовозов А.Н., Смирнов В.К., Зайцев Г.Г. Физико-механические и теплофизические свойства керамики на основе SiC; Неорганические материалы, 2011 г., том 47, №7, с. 1-6.

4. Snead L.L. Handbook of SiC properties for fuel performance modeling / L.L. Snead, T. Nozawa, Y. Katoh, T.S. Byun, S. Kondo, D. A. Petti // Journal of Nuclear Materials. - 2007 г. - №371. - p. 1-3.

5. Kim W. Fabrication and material issues for the application of SiC composites to LWL fuel cladding nuclear engineering and technology / W. Kim, D. Kim, J.Y. Park // 2013 august, VOL. 45 №4.

6. Гнесин Г.Г. Карбидкремниевые материалы; М. «Металургия», 1977 г., 216 с.

7. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. - М.: Недра, 1977. - 368 с.

8. Фиалков А.С. Процессы и аппараты производства порошковых углеграфитовых материалов. - М.: Аспект Пресс, 2008. - 688 с.

1. Композиция для тонкостенных трубчатых элементов, включающая в качестве наполнителя первичный карбид кремния с размерами частиц 1-50 мкм, фенолформальдегидную смолу, пластификатор, при следующем массовом соотношении компонентов, масс. %:
первичный карбид кремния - 71-79%;
фенолформальдегидная смола - 10-25%;
пластификатор 5-15%.

2. Способ получения тонкостенных трубчатых элементов, включающий получение смеси, содержащей карбид кремния и фенолформальдегидную смолу, отличающийся тем, что в состав смеси дополнительно вводится пластификатор, перед стадией непрерывного формования трубчатых изделий при температуре 80-120°C производится таблетирование или грануляция шихты, термообработка производится в два этапа: предварительная карбонизация до температуры не менее 500°C со скоростью нагрева не более 8°C/час и окончательная карбонизация до температуры не менее 900°C со скоростью нагрева не более 75°C/час; заключительным этапом получения композитного материала является силицирование.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.
Изобретение относится к области композиционных материалов состава SiC/C-SiC-Si, предназначенных для работы в условиях окислительной среды и механического нагружения при высоких температурах.
Изобретение относится к области композиционных материалов состава SiC/C-SiC-Si, предназначенных для работы в условиях окислительной среды и механического нагружения при высоких температурах.
Изобретение относится к области конструкционных материалов на основе карбида кремния, применяемых в оборудовании для нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности (торцевые уплотнения нефтяных насосов и погружных агрегатов, подшипники скольжения и т.п.) и в ряде других отраслей промышленности.

Изобретение относится к области композиционных материалов с керамической матрицей, предназначенных для работы в условиях окислительной среды и механического нагружения при высоких температурах.
Изобретение относится к области композиционных материалов с керамической матрицей, предназначенных для работы в условиях окислительной среды и механического нагружения при высоких температурах.

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 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 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 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 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 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 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 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 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 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.
Наверх