СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2005 года по МПК C04B35/80 

Изобретение относится к области получения неорганических волокнистых материалов конструкционного назначения для изделий авиационно-космической и машиностроительной промышленности.

Известен способ получения теплоизоляционного материала, согласно которому огнеупорные волокна диспергируют в коллоидном растворе алюмокремнезоля, отжимают путем вакуумирования от избытка связующего агента, формуют материал в виде прямоугольных плит или изделий. Сформованные изделия сушат при 150-200°С до остаточной влажности не более 1% (Ав.св.СССР 1564147).

Известен способ получения жаростойкого и жаропрочного формованного материала из керамических волокнистых материалов, который состоит из следующих операций: смешение компонентов в течение 20 мин, формование при давлении на прессе 2 бар, вакуумная обработка, сушка при 110-180°С (Патент ФРГ №3444397).

Недостатком известных способов является низкая температуроустойчивость получаемых материалов до 1300°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения композиционного материала, включающий пропитку заготовки из керамического волокна неорганическим золем, формование и обезвоживание заготовки путем деформирования с последующей сушкой, при этом деформирование ведут до уменьшения объема на 30-70% (Патент РФ №2031889).

Недостатком способа-прототипа является недостаточная термостойкость материала при рабочих температурах.

Технической задачей данного изобретения является создание композиционного материала с повышенной термостойкостью при рабочих температурах 1000-1750°С при сохранении физико-механических свойств материала.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ получения композиционного материала, включающий пропитку заготовки из керамического волокна неорганическим золем, формование и обезвоживание заготовки путем ее деформирования с последующей сушкой, в котором неорганический золь дополнительно содержит мелкодисперсный порошок MgO, а после сушки заготовку подвергают термообработке. Содержание мелкодисперсного порошка MgO в золе составляет 1-10 вес.%, термообработку проводят при 150-350°С в течение 1-3 час.

Авторами установлено, что дополнительное введение в золь мелкодисперсного порошка MgO и термообработка заготовки при 150-350°С привело к повышению термостойкости композиционного материала при рабочих температурах 1000-1750°С в течение 10 часов. Повышение термостойкости обусловлено образованием фазовых систем твердых растворов шпинели MgOAl₂O₃, γ-Аl₂O₃ и твердого раствора MgO в ZrО₂.

Примеры осуществления

Пример 1

Заготовку из керамических волокон системы Аl₂О₃-SiO₂ пропитывали неорганическим золем, в который предварительно был введен мелкодисперсный порошок MgO 1вес.%, затем заготовку формовали и обезвоживали путем деформирования. Полученные заготовки подвергали сушке в сушильном шкафу при температуре 50°С в течение 3 часов и термообработке в электропечи при температуре 150°С в течение 3 часов. Полученный композиционный материал подвергался испытаниям на термостойкость и физико-механические свойства.

Способ получения композиционного материала систем Аl₂О₃/Zr O₂-MgO, SiC/Zr SiO₄-MgO, приведенных в таблице 1 (примеры 2,3), осуществлялись аналогично примеру 1.

Составы предлагаемого композиционного материала и способ его получения приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1№ примераВид волокнаСостав тв.фазы золяРежим сушки Т°, чРежим термообработки, Т°, ч1 Предл.Аl₂О₃-SiO₂Аl₂O₃
MgO-1 вес.%50°-3ч150°-3ч2 Предл.SiCZrSiO₄
MgO-5 вес.%65°-2ч250°-2ч3 Предл.Аl₂O₃-50ZrO₂
MgO-10 вec.%80°-1ч350°-1ч.Прототип 4Al₂O₃-SiO₂ZrO₂12-

Таблица 2№при мераСвойства композиционного материалаНаличие дефектовПлотность,
г/см³Прочность при изгибе, МПаТеплопроводность, В/(м·К)Температура испытаний, °C 20-1000-2020-1500-2020-1750-20Термостойкость - кол-во цикловПредл.1
KM 2
31,2
0,6
1,720
110
650,3
0,8
0,2510
10
1010
10
1010
10
10Дефектов нет, образцы сняты с испытаний без разрушенияПрототип 40,51-1,5616-1020,3221Образцы разрушились, сняты с испытаний

Из таблицы 2 видно, что термостойкость предлагаемых композиционных материалов Аl₂О₃-SiO₂/Аl₂О₃-MgO, Аl₂О₃/Zr O₂-MgO, SiO₂/SiO₂-MgO, SiC/Zr SiO₄-MgO при температурах испытаний, °C: 20-1000-20, 20-1500-20, 20-1750-20 в 5-10 раз выше при сохранении физико-механических свойств соответственно композиционного материала прототипа Аl₂О₃-SiO₂/ ZrO₂.

Предлагаемый способ позволяет получить композиционный материал с повышенной термостойкостью, обеспечивающей надежность и повышение ресурса работы изделий при температурах 1000-1750°С.

Изобретение относится к области получения неорганических волокнистых материалов конструкционного назначения для изделий авиационно-космической и машиностроительной промышленности. Технической задачей изобретения является создание способа получения композиционного материала с повышенной термостойкостью при температурах 1000-1750°С при сохранении физико-механических свойств материала. Способ получения композиционного материала включает пропитку заготовки из керамического волокна неорганическим золем, формование и обезвоживание заготовки путем ее деформирования с последующей сушкой, в котором неорганический золь дополнительно содержит мелкодисперсный порошок MgO. После сушки заготовку подвергают термообработке. Содержание мелкодисперсного порошка MgO в золе составляет 1-10 вес.%, термообработку проводят при 150-350°С в течение 1-3 час. Свойства полученного материала: плотность - 0,3-1,7 г/см³, прочность на изгиб - 10-110 МПа, теплопроводность 0,25-0,8 В/(м·К), повышение термостойкости в 3-5 раз при рабочих температурах 1000-1750°С. Применение полученного композиционного материала позволит повысить термостойкость, надежность и ресурс работы изделий авиационно-космической, машиностроительной и других отраслей промышленности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения композиционного материала, включающий пропитку заготовки из керамического волокна неорганическим золем, формование и обезвоживание заготовки путем ее деформирования с последующей сушкой, отличающийся тем, что неорганический золь дополнительно содержит 1-10 вес.% мелкодисперсного порошка MgO , а после сушки заготовку подвергают термообработке.2. Способ получения композиционного материала по п.1, отличающийся тем, что термообработку проводят при 150-350°C в течение 1-3 ч.