КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1995 года по МПК C04B35/56 

Изобретение относится к огнеупорным керамическим материалам, а именно к теплозащитным материалам, используемым для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур агрессивных сред, циклических тепловых нагрузок, например для изготовления сопловых вкладышей в камеры сгорания ЖРД, лопаток ГТД.

Известны керамические материалы, содержащие в качестве основы карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si₃N₄), полученные методами реакционного спекания, горячего прессования.

Существенным недостатком данных материалов является их низкая термостойкость при работе в условиях высоких температур Т > 1700 К) и агрессивных сред.

Известен керамический материал на основе карбида кремния, полученный прессованием с алюмохлорфосфатным связующим и содержащий следующие ингредиенты, мас.

Карбид кремния SiС (дисперсность 160-320 мкм) 15
Карбид кремния SiC (дис- персность 5-50 мкм) 35 Нитрид кремния Si₃N₄ 27 Двуокись алюминия Al₂O₃ 10 Молибден Мo 5 Графит С 8
Недостатками материала являются низкие термическая и эрозионная стойкости, малое время эксплуатации и число циклов при работе изделий из данного материала в условиях циклических тепловых нагрузок.

Задачей изобретения является создание керамического материала на основе карбида кремния, обладающего высокой термостойкостью, высокой эрозионной стойкостью и имеющего большой срок эксплуатации при работе в условиях циклических и стационарных тепловых нагрузок.

Для этого разработан керамический материал на основе карбида кремния, полученный методом горячего прессования, в состав которого входят также графит и бор. Графитовая добавка выполняет функции релаксаций термических напряжений, введение бора повышает жаростойкость, эрозионную стойкость и улучшает спекаемость композиции. Содержание указанных ингредиентов должно быть в следующих количествах, мас. Карбид кремния SiC 70-76 Графит С 19-22 Бор В 5-8
Существенным отличием изобретения является то, что наличие в предложенной композиции графита в количестве 19-22 мас. в сочетании с карбидом кремния и бором в указанных количествах и методом получения (горячее прессование) обеспечивают высокую эрозионную стойкость, термостойкость, увеличение времени работы изделий из предложенного материала.

Для получения изделий из предложенного материала приготавливалась порошковая смесь с дисперсностью частиц 20 мкм, содержащая ингредиенты согласно таблице.

Полученная смесь спекалась при 2470 К в пресс-формах из графита марки МПГ-6 (МПГ-7) под давлением 40 МПа.

Нагрев осуществляется индуктором высокочастотной установки ВЧГ-2-10/0,066. Время спекания и прессования 15 мин. Предложенный материал был опробован в качестве сопловых вкладышей камер сгорания ЖРДМТ.

Результаты экспериментов приведены в таблице, в которой для сравнения приведены результаты испытаний вкладышей из известного керамического материала, которые проведены в тех же условиях.

После отработки ЖРДМТ времени и числа включений, указанных в таблице, вкладыши из известного материала плотностью разрушились за счет низкой термостойкости и эрозии материала, что приводило к выходу из строя двигателей. После испытаний в составе ЖРДМТ на вкладышах из предложенного материала образовались трещины по вкладышу, в составе камер сгорания сохраняли первоначальную форму, следов эрозии материала не зафиксировано, двигатели оставались работоспособными.

Из таблицы видно, что лучшими эксплуатационными свойствами обладают вкладыши из материала со следующим соотношением ингредиентов, мас. Карбид кремния 75-76 Графит 19-20 Бор 5
Время эксплуатации вкладышей из оптимальной композиции возросло по сравнению с вкладышами из известного материала более, чем в 1,7 раза, стойкость к циклическим тепловым нагрузкам возросла более, чем в 4 раза, показано, что материал не подвержен высокотемпературной газовой эрозии.

Свойства полученного материала позволяют повысить надежность и срок эксплуатации, выполненных из него изделий.

Сущность изобретения: керамический материал включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: карбид кремния 70 - 76; графит 19 - 22; бор 5 - 8. 1 табл.

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, включающий карбид кремния, графит и бор, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока эксплуатации при работе в условиях циклических и стационарных тепловых нагрузок изделий, полученных методом горячего прессования, он содержит компоненты при следующих соотношении, мас.

Карбид кремния 70 76
Графит 19 22
Бор 5 8