СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C04B35/565 C04B35/571 C04B38/00 

Изобретение относится к керамике, в частности к получению материала на основе карбида кремния, обладающего эластическими свойствами, который может быть использован для уплотнений, амортизаторов, шин, эластичных емкостей и других эластичных изделий, работоспособных в экстремальных условиях криогенных и высоких температур, агрессивных сред и т.д.

Известен способ получения ячеистого материала на основе карбида кремния путем формирования ячеистой структуры и ее обработки при повышенных температурах, выполненного из реакционно-спеченного карбида кремния. В результате получают неэластичный пеноматериал с ячейками, стенки которых жестко связаны одна с другой и упругая деформация которых такая же, как у исходного материала, т.е. составляет сотые и десятые доли процента [1]
Недостатком является то, что указанный способ не позволяет получить материал с эластичными свойствами.

Целью изобретения является получение эластичного материала, работоспособного от криогенных температур до температур 1000 1300^oC, с газопроницаемостью на несколько порядков меньшей, чем у резин, негорючего, стойкого к агрессивным средам, безрелаксационных свойств, характерных для резин, с основными механическими свойствами такого же порядка величин, как у резин.

Для получения высокопористого ячеистого материала на основе карбида кремния предлагается способ, заключающийся в том, что поликарбоксилан в расплавленном состоянии при температуре 200 280^oC в среде инертного газа заливают в пресс-форму для образования эластичных ячеек или пленки, состоящей из одного ряда эластичных ячеек, стенки которых могут поворачиваться одна относительно другой; пресс-форму охлаждают до комнатной температуры, ячейки или пленку извлекают из пресс-формы и в атмосфере воздуха несколько ячеек или пленок укладывают в емкость одна на другую и уплотняют путем применения давления воздуха 0,02 0,03 МПа. Затем плавно поднимают температуру до 300 - 310^oC, выдерживают при ней 30 60 мин, затем поднимают температуру до 1200 1300^oC и выдерживают при ней 30 60 мин. до образования блока эластичного пеноматериала.

Предлагаемый материал изготовлен на основе карбида кремния, содержит, кроме того, двуокись кремния и свободный углерод. Состав одного из образцов: 67% SiC, 19% SiO₂, 14% C. Этот состав обеспечивает такие характеристики как криогено- и жаростойкость, высокое сопротивление агрессивным средам, низкую газопроницаемость. Эластические свойства материала (т.е. большие деформации 50- 80% при небольшом модуле упругости 6 7 МПа) обеспечиваются конструкцией эластичной ячейки, имеющей стенки, способные поворачиваться одна относительно другой.

На чертеже приведен общий вид конструкции одной из форм эластичной ячейки (ячейка в виде двух ячеек с общей стенкой), из которых состоит эластичный материал. Это куб, грани которого представляют собой сложенные стенки пирамиды, обращенной внутрь куба. Вершины куба и пирамид скруглены. Кубы могут соединяться друг с другом, образуя не двойные стенки, а имея общую стенку. Длина ребра куба 0,05 0,5 мм, толщина стенки 1 5 мкм, толщина в месте изгиба 0,1 2 мкм.

Исходный материал представляет собой поликарбоксилан (ПКС) с молекулярной массой 1500 2000, в зависимости от способа получения могущий различаться составом (например, иметь в разном соотношении звенья:

степенью разветвленности, влияющими на температуру плавления, и различной способностью к окислению полимера. В качестве инертных газов используют азот или аргон [2]
Пример 1.

Берут поликарбоксилан с молекулярной массой 1500 2000. ПКС в расплавленном состоянии при температуре 280^oC заливают в атмосфере азота в пресс-форму для получения пленки из одного ряда эластичных ячеек. Пресс-форму охлаждают до комнатной температуры, пленку извлекают из пресс-формы. В атмосфере воздуха несколько пленок помещают в емкость, укладывают одна на другую, плотно упаковывают путем приложения давления воздуха 0,02 0,03 МПа. Затем плавно поднимают температуру сначала до 300 310^oC, при которой выдерживают 60 мин, в течение которых происходит окисление-структурирование ПКС. Затем поднимают температуру до 1300^oC и выдерживают 60 мин, в результате чего получается блок ЭПМ на основе карбида кремния, основные свойства которого в сопоставлении со свойствами резин приведены в таблице (ЭПМ₁).

Пример 2.

Берут поликарбоксилан с молекулярной массой 1500 2000, заливают в расплавленном состоянии в атмосфере азота при температуре 200^oC в пресс-форму для получения пленки из одного ряда ЭЯ. Пресс-форму охлаждают до комнатной температуры, пленку извлекают из пресс-формы. В атмосфере воздуха несколько пленок помещают в емкость, укладывают одна на другую, плотно упаковывают путем приложения давления воздуха 0,02 0,03 МПа. Затем плавно поднимают температуру сначала до 300 310^oC, при которой выдерживают 60 мин, после чего поднимают температуру до 1200^oC и выдерживают при ней 60 мин. Основные свойства полученного ЭПМ на основе карбида кремния при размерах ЭЯ₂ длина ребра 0,1 мм, толщина стенки 4 мкм, толщина в месте изгиба 1,2 мкм, приведены в табл. 1 (ЭПМ₂).

Техническое значение изобретения состоит в том, что резко расширяется температурный диапазон применения эластичных материалов от криогенных температур до 1000 1300^oC, полученный материал имеет большие преимущества перед резинами в негорючести, агрессивостойкости, в отсутствии релаксационных свойств. Это позволяет его использовать при дальнейшем развитии космической и атомной техники, при освоении глубин Земли, новых источников энергии, скоростного транспорта и в других областях новой техники, где требуются повышенные параметры свойств эластичных материалов.

Основные свойства ЭПМ на основе карбида кремния при размерах эластичной ячейки: длина ребра 0,1 мм, толщина стенки 4 мкм, толщина в месте изгиба 1,2 мкм, в сравнении со свойствами резин.

Использование: изготовление уплотнений, амортизаторов, эластичных емкостей, шин и других эластичных изделий, работоспособных в экстремальных условиях криогенных и высоких температур, агрессивных сред и т.д. Сущность изобретения: способ получения ячеистого материала на основе карбида кремния состоит в том, что заливают поликарбосилан при температуре 200 - 280^oC в среде инертного газа в пресс-форму для образования эластичных ячеек или пленки, состоящей из одного ряда эластичных ячеек, стенки которых могут поворачиваться одна относительно другой, пресс-форму охлаждают до комнатной температуры, ячейки или пленку извлекают из пресс-формы и в атмосфере воздуха несколько ячеек или пленок укладывают одна на другую и уплотняют путем приложения давления воздуха 0,02 - 0,03 МПа, затем плавно поднимают температуру до 300 - 310^oC и выдерживают при ней 30 - 60 мин, затем поднимают температуру до 1200 - 1300^oC и выдерживают в течение 30 - 60 мин до образования эластичного пеноматериала. Предлагаемый материал имеет физические и химические свойства, характерные для карбида кремния и механические свойства, характерные для резин. 1 ил.

Способ получения ячеистого материала на основе карбида кремния путем формирования ячеистой структуры из полимерного материала и ее обработки при повышенных температурах, отличающийся тем, что для формирования ячеистой структуры заливают поликарбосилан при 200 280^oС в среде инертного газа в пресс-форму для образования эластичных ячеек или пленки, состоящей из одного ряда эластичных ячеек, стенки которых могут поворачиваться одна относительно другой, пресс-форму охлаждают до комнатной температуры, ячейки или пленку извлекают из пресс-формы и в атмосфере воздуха несколько ячеек или пленок укладывают в емкость одна на другую и уплотняют путем приложения давления воздуха 0,02 0,03 МПа, затем плавно поднимают температуру до 300 - 310^oС, выдерживают при ней 30 60 мин, затем поднимают температуру до 1200 1300^oС и выдерживают в течение 30 60 мин до образования блока эластичного пеноматериала.