Способ получения композиционного материала - SU665793A3

1

Изобретение относится к высокотемпературным материалам, армированным керамическими волокнами.

Известные способы получения армированных волокнами керамических материалов предполагают в основном использование непрерывных волокон плавленого кварца, корунда , углерода и коротких карборундовых волокон или усов.

Однако волокна плавленого кварца имеют низкий модуль Юнга, а волокна окиси алюминия не обладают достаточно высокой термостойкостью. Волокна углерода могут использоваться только для материалов, не работающих в окислительной среде. Применение же коротких волокон - усов из карборунда не позволяет получить материал высокой прочности и однородный по свойствам .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения материала путем смешения порошков карбидов или нитридов с волокном из карбида кремния с последуюш,им спеканием при 1500-1650°С.

Однако хаотичное расположение волокон

в материале не позволяет получить достаточно высокие плотность, прочность, однородность материала по свойствам.

Целью изобретения является повышение

плотности и прочности материала.

Цель достигается за счет того, что в способе получения композиционного материала путем смешивания волокон карбида кремния с зернистым неокисным наполнителем,

формования и термообработки наполнитель измельчают до размера зерен не более 100 мкм и заполняют пространство между ориентированными волокнами карбида кремния, полученными термообработкой

штапельных волокон из органокремниевого высокомолекулярного соединения, взятыми в количестве 10-70 об. %.

С целью дополнительного повышения плотности изделия его после термообработки подвергают пропитке жидким органокремниевым соединением при 350-450°С, давлении 10-10- мм рт. ст. с последующей дополнительной термообработкой в неокислительной атмосфере. Кроме того, пропитку и дополнительную термообработку можно осуществлять многократно. Использование в качестве армирующего материала непрерывных волокон SiC, подученных путем термообработки штапельных волокон из органокремниевого высокомолекулярного соединения и имеющих высокую прочность, жесткость и одинаковый диаметр, а также возможность ориентированного их расположения в зернистом наполнителе позволят существенно улучщить свойства композита. Кроме того, такие волокна содержат более 0,01 вес. % свободного углерода, который, реагируя при высоких температурах с материалом-наполнителем , способствует созданию более прочной связи волокна с наполнителем , что повь1щает прочность материала . Свойства использованных волокон:

вес, 2,5-3,1

Удельный г/см

9

Твердость

300-500

Предел прочности на разрыв, кг/мм

300-500

Прочность на изгиб , кг/мм2 ( 2,0-4,0)-10

Модуль Юнга, кг/мм

1300°С воздух окисСопротивление ления в течение окислению 100 ч

Термоудар при 25-

Термостойкость 1000°С, выдерживает 1000 раз без изменения текстуры

Предложенный способ предполагает использование волокна в пределах 10- 70 об. %. Количество волокон менее 10% объемных не дает эффекта упрочнения керамики , увеличение же его количества выще 70% приводит к потере свойств, присущих керамике-наполнителю.

Для получения высокой степени адгезии между керамикой и волокном в данном способе предполагается использование кераМйческих порошков с размером зерен не более 100 мкм.

Пример. Формируют брикет, состоящий из порощковой основы и ориентированно расположенных в ней волокон, в прессформе под давлением 50-5000 кг/см и спекают изделие при 1000-2500°С. Можно также получать материал при одновременном приложении давления и температуры (горячее прессование). Для увеличения плотности материала предварительно спеченный брикет может быть многократно пропитан жидким органокремниевым соединением при 350-450°С при давлении от 10 до 10 мм рт. ст. Последующей дополнительной термообработкой с целью повышения эффективности пропитки (для облегчения проникновения полимера) извне может вводить инертный газ под давлением 5- 20 кг/см2.

В табл. приведены свойства некоторых

материалов, полученных по предлагаемому способу.

Как видно из таблицы, материалы, полученные по предлагаемому способу, отличаются высокой прочностью, почти в 3 раза

превышающей прочность материала, не усиленного волокнами. Благодаря реализации указанного способа, позволяющего ориентировано располагать волокна в матрице, прочность материала превышает в 1,5-

2 раза прочность материалов с дискретными хаотично расположенными волокнами, полученных по известному способу.

Композиционные материалы, полученные по предлагаемому способу, могут быть использованы во многих областях, где требуются более высокие тепловое сопротивление , сопротивление окислению, коррозионная стойкость, прочность при высоких температурах , например для плавильных тиглей , сопл, лопастей, турбин, различных камер и сосудов, и других изделий высокотемпературной техники.

Формула изобретения

1. Способ получения композиционного материала путем смешивания волокон карбида кремния с зернистым неокисным наполнителем , формования и термообработки, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности, прочности, наполнитель измельчают до размера зерен не более 100 мкм и заполняют пространство между ориентированными волокнами карбида

кремния, полученными термообработкой штапельных волокон из органокремниевого высокомолекулярного соединения, взятыми в количестве 10-70 об. %.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности материала , после термообработки его подвергают пропитке жидким органокремниевым соединением при 350-450°С и пониженном давлении от 10 до 10- мм рт. ст. с последующей дополнительной термообработкой в неокислительной атмосфере.

3.Способ по пп. 1, 2, отл ич ающийся тем, что пропитку и дополнительную термообработку осуществляют многократно.