Способ изготовления герметичных изделий из композиционных материалов

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 относится к способам изготовления герметичных изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и наличии окислительной среды при одностороннем или двустороннем доступе к изделию.

Известен способ изготовления герметичных изделий, включающий формирование на несущей основе изделия герметичного покрытия [пат. RU №2471707, 2013].

В соответствии с ним в качестве материалов несущей основы и герметичного покрытия берут материалы, компоненты которых имеют близкий друг к другу и покрытию клтр (коэффициент линейного термического расширения), в частности, в качестве углеродных волокон берут низкомодульные волокна с клтр, близким к клтр углеродной или углерод-карбидокремниевой матрицы, а именно: ~4,0×10-6 град-1.

Недостатком способа является то, что он не исключает возможность разгерметизации изделия при механическом и/или химическом воздействии, а также сравнительно низкая прочность материала изделия, что приводит к необходимости увеличения толщин, а значит его веса для обеспечения требуемой прочности изделия.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления герметичных изделий из композиционного материала (КМ), включающий изготовление внутренней оболочки из КМ, формирование на ней герметичного покрытия, совместимого по клтр с материалом внутренней оболочки, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из композиционного материала на основе того же вида армирующих волокон, что и композиционный материал внутренней оболочки [пат. RU №2497750, 2013].

В соответствии с ним герметичное покрытие представляет собой пироуглеродное покрытие, а в качестве армирующих волокон при изготовлении внутренней и наружной оболочек используют низкомодульные углеродные волокна с клтр, близким к клтр углеродной и углерод-карбидокремниевой матрицы.

Способ позволяет повысить надежность работы изделий за счет предохранения герметичного покрытия от механического воздействия, а также воздействия химически агрессивной среды.

Недостатком способа является то, что изготавливаемые изделия имеют сравнительно большой вес из-за низкой прочности этого типа композиционных материалов. Кроме того, они не предназначены для работы в окислительной среде.

Задачей изобретения является обеспечение возможности снижения веса изготавливаемых изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и наличии окислительной среды, в том числе тонкостенных, крупногабаритных и сложнопрофильных без проведения операции их мехобработки.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления герметичных изделий из композиционного материала, включающем изготовление внутренней оболочки из КМ, формирование на ней герметичного покрытия, совместимого по клтр с материалом внутренней оболочки, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из композиционного материала на основе того же типа армирующих волокон, что и композиционный материал внутренней оболочки, в соответствии с заявляемым техническим решением в качестве армирующих волокон композиционных материалов внутренней и наружной оболочки используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна, по крайней мере в одном из направлений армирования, 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, предотвращающему доступ к нему углерода и кремния, и осуществляют его (изготовление оболочки) в следующей последовательности: формируют каркас, пропитывают его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим, формуют углепластиковую заготовку, подвергают ее карбонизации и уплотнению пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности для данного типа материала 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.

Решению поставленной задачи способствует:

1) то, что барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного покрытия, и временного связующего, приклеивая на нее (на композицию) графитовую фольгу;

2) то, что барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного покрытия, и поликарбосиланового связующего, а пропитку сформированного каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим проводят, не производя термообработки поликарбосиланового связующего;

3) то, что перед формированием герметичного оксидного покрытия внутреннюю оболочку из УККМ, не содержащего свободного кремния, двух-трехкратно пропитывают раствором органоиттрийоксаналюмоксансилоксана, чередуя с сушкой, после чего термообрабатывают при 1600°С.

Использование в качестве армирующих волокон высокомодульных высокопрочных углеродных волокон создает предпосылки для получения КМ с более высокой прочностью. Кроме того, обеспечивается практически одинаковое расширение оболочек при их нагреве, что исключает их растрескивание.

Изготовление внутренней оболочки из углерод-карбидокремниевого композиционного материала позволяет исключить прямой контакт углеродной матрицы с герметизирующим оксидным покрытием, исключив тем самым химическое взаимодействие между ними.

Отсутствие в указанном материале свободного кремния позволяет исключить деградацию герметичного оксидного покрытия, протекающую при химическом взаимодействии его с кремнием.

Использование в качестве композиции при формировании герметичного оксидного покрытия суспензии на основе связующего - раствора органоиттрийоксаналюмоксансилоксана и наполнителя - смеси мелкодиспесных огнеупорных порошков Y2O3, Al2O3, SiO2 или Y2O3, Al2O3, HfO2, SiO2 и осуществление формирования покрытия путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой и последующей термообработкой при 1600°С, позволяет упростить его получение на крупногабаритных изделиях. Кроме того, позволяет сформировать герметичное оксидное покрытие сложного состава, в котором SiO2 химически связан с другими окислами, т.е. не имеет прямого контакта с SiC, при наличии которого происходила бы деградация оксидного покрытия по реакции:

SiC+2SiO2=3SiO+СО

Осуществление (в предпочтительном варианте выполнения способа) перед формированием герметичного оксидного покрытия - двух-трехкратной пропитки внутренней оболочки из УККМ, не содержащего свободного кремния, раствором органоиттрийоксаналюмооксансилоксана, чередующейся с сушкой, с последующей термообработкой при 1600°С, позволяет в какой-то степени снизить проницаемость материала внутренней оболочки, следствием чего является повышение уровня герметичности изделия в целом.

Изготовление наружной оболочки по сформированному поверх герметичного оксидного покрытия барьерному покрытию, предотвращающему доступ углерода и кремния к оксидному покрытию, позволяет исключить деградацию свойств оксидного покрытия как в процессе изготовления наружной оболочки, так и в процессе работы изделия.

Изготовление наружной оболочки по сформированному поверх герметичного покрытия барьерному покрытию на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с оксидным покрытием, и временного связующего, на которую (композицию) приклеена графитовая фольга (в одном из предпочтительных вариантов выполнения способа) позволяет исключить химическое взаимодействие между материалом барьерного покрытия (на основе композиции из ультрадисперсного порошка) и материалом герметичного оксидного покрытия, а также позволяет (благодаря наличию в барьерном покрытии слоя графитовой фольги) исключить доступ коксообразующего связующего и углеродсодержащего газа к оксидному покрытию (и тем самым исключить прямой контакт оксидного покрытия с углеродом), а также предотвратить доступ к нему кремния.

Изготовление (в другом предпочтительном варианте выполнения способа) наружной оболочки по сформированному поверх герметичного оксидного покрытия барьерному покрытию на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с оксидным покрытием, и поликарбосилоксанового связующего позволяет исключить химическое взаимодействие между компонентами материала барьерного покрытия с материалом оксидного покрытия, а в совокупности с пропиткой каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим без проведения карбонизации и термообработки поликарбосилоксанового связующего позволяет исключить доступ коксообразующего связующего к оксидному покрытию (и тем самым исключить прямой контакт материала оксидного покрытия с углеродом).

Кроме того, в совокупности с операциями уплотнения материала пироуглеродом и формирования в его порах наноуглерода (проводимых перед операцией силицирования), это позволяет предотвратить доступ к нему (оксидному покрытию) кремния на стадии силицирования материала.

Осуществление операции изготовления наружной оболочки в последовательности: формирование каркаса, пропитка его коксообразующим связующим, карбонизация и уплотнение пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности для данного типа материала, работает на создание условий, исключающих прямой контакт углерода (входящего в состав материала наружной оболочки) с материалом герметичного оксидного покрытия, а также позволяет ограничить температурное воздействие на материал барьерного покрытия (при проведении данной операции оно не превышает температуры 950-980°С).

Кроме того, изготовление наружной оболочки с использованием операции формования пластиковой заготовки позволяет изготавливать тонкостенные сложнопрофильные изделия, в том числе крупногабаритные, без необходимости проведения операции мехобработки.

В еще большей степени создаются рассматриваемые условия в том случае, когда на стадии пропитки каркаса вместо коксообразующего связующего - или наряду с ним - используется поликарбосилановое связующее, при пиролизе которого образуется карбид кремния, экранирующий углерод (входящий в состав материала наружной оболочки) от прямого контакта с материалом оксидного покрытия.

Осуществление операции изготовления наружной оболочки в несколько иной последовательности (второй вариант изготовления оболочки), а именно в последовательности: формирование каркаса, пропитка его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим, карбонизация, уплотнение пироуглеродом до промежуточной плотности, выращивание в порах материала наноуглерода и силицирование, позволяет получить оболочку из углерод-карбидокремниевого материала с низким содержанием свободного кремния (что обусловлено малым размером пор материала после выращивания в них наноуглерода и, как следствие, небольшим количеством входящего в каждую отдельную пору кремния, достаточным лишь для карбидизации углерода), обеспечивающего возможность работы изделия в окислительной среде.

Указанная выше последовательность проведения операций при изготовлении наружной оболочки из УККМ в совокупности с проведением силицирования заготовки 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 позволяет, с одной стороны, ввести кремний в сколь угодно мелкие поры, в том числе наноразмерные, и затем перевести его в карбид кремния, с другой стороны, создает некие затруднения в части доступа паров или конденсата паров кремния на пути к барьерному покрытию и далее - к оксидному покрытию, а также снизить температурное и химическое воздействие на них кремния, если таковое окажется возможным.

Тем самым создаются условия для исключения деградации свойств оксидного покрытия.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность придать герметичность изделиям из композиционных материалов на основе высокомодульных высокопрочных углеродных волокон и углеродной и/или углерод-карбидокремниевой матрицы, а также возможность придать форму изделию на стадии формования пластиковой заготовки и тем самым исключить необходимость в мехобработке изделий.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: обеспечивается возможность снижения веса изготавливаемых изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и наличии окислительной среды, в том числе тонкостенных, крупногабаритных и сложнопрофильных, без проведения операции мехобработки.

Способ осуществляют следующим образом:

Изготавливают внутреннюю оболочку из композиционного материала (КМ); причем изготавливают ее из углерод-карбидокремниевого композиционного материала (УККМ), не содержащего свободного кремния. При его изготовлении в качестве армирующих волокон используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна.

Затем поверх внутренней оболочки формируют герметичное покрытие, совместимое по КЛТР с материалом внутренней оболочки, причем в качестве композиции при формировании герметичного покрытия используют суспензию на основе связующего - раствора органоиттрийоксаналюмооксансилоксана и наполнителя - смеси мелкодисперсных огнеупорных порошков Y2O3, Al2O3, SiO2 или Y2O3, Al2O3, HfO2, SiO2. Формирование покрытия осуществляют путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой, и последующей термообработки при 1600°С, в результате чего образуется герметичное оксидное покрытие.

Затем поверх герметичного оксидного покрытия формируют барьерное покрытие, предотвращающее доступ углерода и кремния к герметичному покрытию. В одном из предпочтительных вариантов выполнения способа барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного покрытия, и временного связующего, приклеивая на нее (на композицию) графитовую фольгу.

В другом предпочтительном варианте выполнения способа барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного оксидного покрытия, и поликарбосиланового связующего.

Затем поверх барьерного покрытия изготавливают наружную оболочку из композиционного материала на основе того же типа армирующих волокон, что и композиционный материал внутренней оболочки, т.е. на основе высокомодульных высокопрочных углеродных волокон. Изготовление наружной оболочки осуществляют в следующей последовательности: формируют каркас, пропитывают его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим, формуют углепластиковую заготовку, подвергают ее карбонизации и уплотнению пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности для данного типа материала 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.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения способа (в том варианте, когда барьерное покрытие формируют на основе ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного оксидного покрытия, и поликарбосиланового связующего) при изготовлении наружной оболочки пропитку сформированного каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим проводят, не производя карбонизации и термообработки поликарбосиланового связующего в барьерном покрытии.

Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа. Во всех примерах изготавливаемое изделие представляло собой трубу ∅30×∅50×h 400 мм.

Пример 1.

Одним из известных способов изготовили внутреннюю оболочку ∅30×∅50×h 400 мм из УУКМ на основе каркаса тканепрошивной структуры из высокомодульных углеродных волокон УКН-5000 и углерод-карбидокремниевой матрицы, не содержащей в своем составе свободного кремния (для этого УККМ подвергли нагреву и выдержке при 1800-1850°С в вакууме, что позволило отогнать из него свободный кремний). Затем поверх внутренней оболочки из УККМ сформировали герметичное оксидное покрытие состава Y2O3×AlO3×SiO2. Для его формирования использовали суспензию на основе связующего - толуольного раствора органоиттрийоксаналюмоксасилоксана - и наполнителя - смеси огнеупорных порошков Y2O3, Al2O3, SiO2.

Соотношение компонентов суспензии выбирали таким образом, чтобы материал покрытия имел близкий клтр к материалам внутренней и наружной оболочки (увеличение в композиции содержания SiO2 приводило к уменьшению клтр материала покрытия).

Формирование покрытия осуществляли путем послойного нанесения суспензии, чередующегося с сушкой во влажной атмосфере. В конкретном случае сформировали три слоя покрытия. Затем произвели термообработку покрытия (для его спекания) при температуре 1600°С. В результате получили покрытие указанного выше состава толщиной 0,6-0,9 мм. Затем поверх герметичного оксидного покрытия сформировали барьерное покрытие. Барьерное покрытие сформировали на основе ультрадисперсного порошка карбида кремния (с размером частиц не более 5 мкм) и временного связующего, в качестве которого использовали 4%-ный раствор поливинилового спирта в воде (карбид кремния по крайней мере до температуры 1500°С термодинамически совместим с материалом оксидного покрытия). После высыхания покрытия по нему наклеили (на эту же композицию) графитовую фольгу плотностью ~1,1 г/см3 и толщиной ~0,2 мм.

Затем поверх барьерного покрытия изготовили наружную оболочку из УУКМ на основе высокомодульных высокопрочных углеродных волокон марки УКН-5000. Ее изготовление осуществили следующим образом. Вначале поверх барьерного покрытия сформировали каркас тканепрошивной структуры из указанных волокон. Затем каркас пропитали коксообразующим связующим, в качестве которого использовали раствор жидкого бакелита в изопропиловом спирте. После этого произвели формование углепластиковой заготовки.

Углепластиковую заготовку карбонизовали при 850°С в среде азота. Затем заготовку из карбонизованного углепластика уплотнили пироуглеродом изотермическим вакуумным методом при технологических параметрах, обеспечивающих получение УУКМ максимально возможной плотности для данного типа материала. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 25 атм.

Пример 2.

Изделие изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что барьерное покрытие сформировали с использованием в составе композиции в качестве связующего поликарбосиланового связующего. При этом пропитку каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим произвели, не производя термообработки при 1300°С поликарбосиланового связующего, входящего в состав барьерного покрытия. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 30 атм.

Пример 3.

Изделие изготовили аналогично примеру 1, с тем существенным отличием, что при формировании оксидного покрытия в качестве огнеупорных порошков суспензии использовали Y2O3, Al2O3, HfO2, SiO2. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 36 атм.

Пример 4.

Изделие изготовили аналогично примеру 2, с тем существенным отличием, что наружную оболочку изготовили из УККМ. Для этого заготовку из карбонизованного углепластика уплотнили пироуглеродом до промежуточной плотности. Затем в порах материала вырастили наноуглерод. Полученную заготовку силицировали парожидкофазным методом при массопереносе кремния в поры материала по механизму капиллярной конденсации его паров в интервале 1300-1500°C с последующей выдержкой при 1550-1600°C. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 42 атм.

Пример 5.

Изделие изготовили аналогично примеру 4, с тем существенным отличием, что при изготовлении наружной оболочки пропитку каркаса произвели поликарбосилановым связующим. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 48 атм.

Пример 6.

Изделие изготовили аналогично примеру 4 с тем существенным отличием, что при изготовлении наружной оболочки заготовку из карбонизованного углепластика перед уплотнением пироуглеродом пропитали поликарбосилановым связующим и термообработали при 1300°С. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 51 атм.

Пример 7.

Изделие изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что перед формированием герметичного оксидного покрытия внутреннюю оболочку из УККМ, не содержащего свободного кремния, трехкратно пропитали толуольным раствором органоиттрийоксаналюмоксансилоксана, чередуя с сушкой в термошкафу с влажностью 90%, после чего произвели термообработку при 1600°С. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава герметичного оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 63 атм.

Пример 8.

Изделие изготовили аналогично примеру 4 с тем существенным отличием, что каркас внутренней и наружной оболочки сформировали на круглоткацкой машине со схемой армирования:

- по основе и в перевязке низкомодульная углеродная нить марки Урал-Н (менее прочная, чем высокомодульная нить УКН-5000)

- по утку - высокомодульная углеродная нить марки УКН-5000.

В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 58 атм.

Пример 9.

Изделие изготовили аналогично примеру 1 с тем существенным отличием, что в композиции для формирования барьерного покрытия в качестве соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного покрытия, использовали диборид циркония в виде ультрадисперсного порошка.

В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами изменения структуры и состава оксидного покрытия не обнаружено. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 20 атм.

Пример 10.

Изделие изготовили аналогично примеру 4 с тем существенным отличием, что при силицировании заготовки изотермическую выдержку (после завершения массопереноса кремния в поры материала в интервале 1300-1500°C произвели при 1600-1700°C. В результате исследования материала изделия (из его припуска) оптическим и рентгенофазовым методами обнаружено изменение структуры и состава оксидного покрытия, а именно: в его составе образовались силициды соответствующих металлов, а само покрытие имеет трещины. Испытаниями на герметичность установлено, что изделие герметично под давлением до 1 атм.

Таким образом, доказана возможность изготовления герметичных изделий из КМ, армированных высокомодульными, высокопрочными углеродными волокнами, при использовании заявляемого способа.

1. Способ изготовления герметичных изделий из композиционного материала, включающий изготовление внутренней оболочки из композиционного материала, формирование на ней герметичного покрытия, совместимого по коэффициенту линейного термического расширения с материалом внутренней оболочки, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из композиционного материала на основе того же типа армирующих волокон, что и композиционный материал внутренней оболочки, отличающийся тем, что в качестве армирующих волокон композиционных материалов внутренней и наружной оболочки используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна (по крайней мере в одном из направлений армирования), 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, предотвращающему к нему доступ углерода и кремния, и осуществляют изготовление оболочки в следующей последовательности: формируют каркас, пропитывают его коксообразующим и/или поликарбосилановым связующим, формуют углепластиковую заготовку, подвергают ее карбонизации и уплотнению пироуглеродом вакуумным изотермическим методом до максимально возможной плотности для данного типа материала 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного оксидного покрытия, и временного связующего, приклеивая на нее графитовую фольгу.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что барьерное покрытие формируют на основе композиции из ультрадисперсного порошка соединения, термодинамически совместимого с материалом герметичного оксидного покрытия, и поликарбосиланового связующего, а пропитку сформированного каркаса наружной оболочки коксообразующим связующим проводят, не производя термообработки поликарбосиланового связующего.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед формированием герметичного оксидного покрытия внутреннюю оболочку из углерод-карбидокремниевого композиционного материала, не содержащего свободного кремния, двух-трехкратно пропитывают раствором органоиттрийоксаналюмоксансилоксана, чередуя с сушкой, после чего термообрабатывают при 1600°С.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды и может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-металлургической отраслях промышленности.
Изобретение может быть использовано для изготовления деталей теплозащиты и изделий медицинского назначения. Сначала изготавливают пористую армирующую основу из углеродных волокон на поверхности углеродного нагревателя методами выкладки или намотки углеродных нитей, жгутов, лент, тканей или войлока.

Изобретение может быть использовано в авто- и авиастроении. Углерод-углеродный композиционный материал получают посредством изготовления преформы из углеродных волокон, уплотнения полученной преформы матрицей из пиролитического углерода, получающегося из прекурсора в газообразном состоянии, по меньшей мере в основной наружной фазе матрицы, и заключительной термообработки при температуре 1400°-1800°С, не вызывая при этом графитизации матрицы из пиролитического углерода.

Изобретение может быть использовано при изготовлении изделий из композиционных материалов, предназначенных для работы в условиях воздействия внутреннего давления среды с высоким окислительным потенциалом.

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.

Изобретение предназначено для использования в химической, химико-металлургической, в авиационной и космической отраслях промышленности. Формируют каркас углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) из низкомодульных углеродных волокон, заполняют его поры дисперсным углеродным наполнителем путем выращивания в них каталитическим методом в газовой фазе наноразмерного углерода в форме частиц, волокон или трубок до его содержания 3,7-10,9% от веса волокнистого каркаса.

Изобретение относится к области создания и производства углеродных материалов с высокими физико-механическими характеристиками, в частности углерод-углеродных композиционных материалов на основе тканых армирующих наполнителей из углеродного высокомодульного волокна и углеродной матрицы, сформированной из пеков в процессе карбонизации и последующих высокотемпературных обработок.
Изобретение относится к способу получения формованного изделия из углеродного материала и может быть использовано в качестве графитовых электродов и соединительных элементов для электротермических процессов.

Изобретение относится к области производства углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) на основе объемно армированных каркасов из высокомодульного волокна и матрицы, произведенной из пеков или смол в процессе карбонизации и последующих высокотемпературных обработок.

Изобретение относится к области композиционных материалов с карбидокремниевой матрицей, предназначенных для работы в условиях окислительной среды при высоких температурах.
Огнеупорный материал для футеровки доменной печи получают способом, включающим следующие стадии: a) изготовление смеси, содержащей кокс, кремний и связующий материал, b) формование необожженного блока из смеси, изготовленной на стадии (a), c) обжиг необожженного блока, изготовленного на стадии (b) и d) частичная графитизация обожженного блока, изготовленного на стадии (с), при температуре от 1600 до 2000°C.

Набивочная масса для укладки блоков, по меньшей мере, некоторых огнеупорных элементов огнеупорной футеровки металлургического резервуара, например доменной печи, причем набивочная масса состоит из зернистой фазы и фазы связующего, содержащего компонент на основе смолы и присадку порошка металлического кремния, способную формировать микропористую структуру со средним размером пор 2 мкм и менее в процессе обжига во время производственного цикла доменной печи.

Изобретение относится к получению керамики на основе SiC/C/Si, которая может быть использована для производства конструкционных изделий, используемых в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей, химической, металлургической и пищевой промышленности, ВПК, ЖКХ.
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.
Предлагаемое изобретение относится к производству крупногабаритных изделий из мелкозернистого графита с длиной более 800 мм и диаметром более 300 мм. Технический результат изобретения - повышение выхода годных крупногабаритных изделий мелкозернистого графита изостатического прессования за счет снижения брака по трещинам на стадии обжига в многокамерных промышленных печах.

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.

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 способам изготовления герметичных изделий из углерод-карбидокремниевых материалов (УККМ), предназначенных для работы в химической, химико-металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области производства углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) на основе объемно армированных каркасов из высокомодульного волокна и матрицы, произведенной из пеков или смол в процессе карбонизации и последующих высокотемпературных обработок.
Изобретение относится к получению углерод-углеродных композиционных материалов фрикционного назначения, которые могут быть использованы в авиационных, автомобильных и железнодорожных тормозных системах.

Изобретение относится к способу получения сверхпроводящих керамических материалов различной плотности на основе сложного оксида YBa2Cu3O7-δ, содержащего преимущественно фазу из наноструктурированных порошков, оптимально насыщенную кислородом, для изготовления компонентов электронной техники и электроэнергетики.

Изобретение относится к способу изготовления герметичных изделий. Способ включает изготовление внутренней оболочки из композиционного материала, 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 иили 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.

Наверх