Высокопористый ячеистый материал Советский патент 1993 года по МПК C04B35/56 

Изобретение относится к керамике, в частности к получению керамических изделий на основе карбида кремния, и может быть использовано для изготовления высокотемпературной изоляции,носителей катализаторов, а также фильтрующих элементов для расплавов чугуна, стали, меди и т.д.

Целью изобретения является повышение прочности.

Это достигается тем, что высокопористый ячеистый материал из содержащего

микропоры карбида кремния, включающий

80-95 об.% мэкропор, выполнен из реакционноспеченного карбида кремния с содержанием основного вещества 98-100% и содержания микропор в нем составляет 36,0-36,9 об.%.

Предлагаемый материал образован карбидом кремния, самосвязанным в процессе реакцио.нного спекания, за счет этого предлагаемый материал химически гомогенен и сохраняет характеристики, присущие карбиду кремния как индивидуальному соединению, а именно прочность, жаростойкое г и т.д.

G

W

Микропористость в предлагаемом материале образуется в процессе реакционного спекания карбида кремния, количество об- ; разовинной микропористости определяется количеством реакционноспеченного карби- да кремния. , :.. ;

Предлагаемое техническое решение .поясняется примером конкретного выполнения.. ; . ;.. ., ... . ; . . Высокопориртый ячеистый материал (ВШМ) из карбида кремния получен методом реакционного спекания по реакции: . : : ;/.;; .л .

Химическая гомогенность предлагаемо гр материала достигается, прм использова- нм и в каче-ст ве исходных компонентов, соединений, способных или улетучиваться в: процессе термррбработки, или взаимодействовать между собой до образования карбида кремния без каких-либо попутных

продуктов; ;,:;: г ; V..;; V ,..

Оптимальными исходными компонентами для ринтезэ предлагаемого материала является вспомогательный. еетчато-яче.истый. каркас - пёнополиурётан и наноси- :мэ я на негр eyCneHswav со:стая1Цая из дисперсного порошка кремния и способной к обуглераживанию термореактивной смолы. : ;; v;.;-,.. . ; ;.. ;;ух -, . : / Макропористая структура предлагаемо- го материала определяется структурой ис- пользуе мого пенополиуретана.

.. -Варьирование пористости зависит от количества суспензии, нанесенной неi пёнр- полиуретан. Оптимальная макропористость предлагаемого: материала составляет 80-95 рб.%. Снижение пористости менее 80:об.% создается избыточным количеством наносимой суспензии;, что приводит к залеплива- нию макропор и тем самым, к нарушению структуры предлагаемого материала. При увеличении пористости выше 95 об.% нанесенной суспензии недостаточно для получе- ния прочного материала.

Для обеспечения химической гомоген- ности предлагаемого материала необходи- мр строго соблюдать стехирметрическое соотношение исходных компонентов используемой суспензии, т:е. количество углерода, полученного при термодеструкции смолы должно быть эквивалентно добавленному к смоле кремнию с учетом указанной реакции. Вязкость суспензии варьируют добавлением растворителя, например, этано- ла или ацетона. Оптимальная вязкость суспензии для пропитывания пенополиуретана составляет 50-80 пуаз.

Заготовки пенополиуретана с нанесенной на него суспензией подвергают термообработке для деструкции смолы.и

пенополиуретана, а также синтеза карбида кремния. Термообработка включает следующие стадии:. . ; ;

полимеризация; проводимая на воздухе или в инертной атмосфере при Т50°С для. отверждения термореактивной смолы;

карбонизация, проводимая в инертной или восстановительнрй атмосферах в интервале температур от 2QO до 10рО°С. На данной стадии происходит деструкция термореактивной смолы и пенополиуретана с образованием углеродного остатка и летучих продуктов. ;,. : : , -. ;. ; : - : ;

Полученный на данной стадии материал представляет собой сетчато- ячеистый углеродный каркас с включениями из дисперсного порошка кремния;.

высокотемпературная. обработка, проводимая в вакууме или инертной атмосфере при температурах 1600-18РО°С, На данной стадии происходит взаимодействие кремния с углеродом и образование ВПЯМ на основе карбида кремния, : ,

Взаимодействие кремния и углерода осуществляется в тонких пленках, образовавшихся при нанесении суспензии йа пе- нополиуретан, что исключает возможность блокировки образовавшимся карбидом кремния отдельных участков кремния и углерода и, следовательно, одновременное их присутствие в готовом материале.

Образование карбида кремния из элементарных кремния и углерода предполагает возникновение в материале микропористости, поскольку объем, занимаемый карбидом кремния, меньше суммы объёмов, занимаемых кремнием и углеродом. . ;,: -;; - . .. : . - ..- .

Следовательно, количество образованной микропористости будет соответствовать разности между объемами исходных компонентов и конечного продукта. Для материала, содержащего 100% реакционноспеченного карбида кремния, микропористость составляет 36,9 об.%. Это максимальная микропористость, которая может образоваться при реакционном спекании карбида кремния, дальнейшее увеличение микропористости возможно за счет выгорающих добавок, что приводит к резкому снижению прочности материала. Уменьшение микропористости ниже 36,9 об.% наблюдается при избыточном количестве одного из исходных компонентов, что связано с присутствием в готовом материале свободного кремния или углерода. Если микропористость составляет менее 36,0 об.%, количество примесей в карбидркрем- ниевом материале превышает 2 вес.%. что, очередь, приводит к существенному

снижению термостойкости и жаростойкости предлагаемого материала.

Критерий оценки прочности предлагаемого материала по сравнению с аналогами и прототипом представлены в таблице.

Таким образом, высокопористый ячеистый материал, содержащий :более 98 май. % рейкционноспеченного карбидакремния, обладает характеристиками, присущими гомо- г е н н о м у кар б ид у к р е м н и я: в ы со ки ми жаростойкостью, прочностью, химической стойкостью, кроме того он приобретает ряд свойств, связанных с особенностями структуры Высокую термостойкость и высокую про0

;

ницаемрсть для газов и жидкостей. Наличие указанных свойств обуславливает применение предлагаемого материала в области высоких температур, в качестве фильтров, теплоизоляции и т. Ф о р м у л а и з о б ре т е н и я .:. .. Высокрпрристый ячеистый материал из. ; содержащегр микропо ы карбида кремния, включающий 80-95 об. макропор, о т л и ч ю щи и с я тем, что, с целью повышений прочности, он выполнен из реакционноспе- ченного карбида кремния с содержанием основного вещества 98-100%, а содержание микропор в нем составляет 36,0 36,9 об.%,

Назначение: изобретение относится к керамике, в частности к получению керамических изделий на основе карбида кремния, и может быть использовано для изготовления высокотемпературной изоляции, носителей катализаторов, а также фильтрующих элементов для расплавов чугуна, стали, меди и т.д. Сущность изобретения: предлагаемый ВПЯМ на основе карбида кремнмя имеет структуру, которая характеризуется совокупностью макропор, составляющих 80-95 об.% материала и разделенных структурными элементами, содержат 98-100 мас.% реакционно-спеченного карбида кремния, а также характеризуется наличием микропористости, образованной при реак- ционно.м спекании карбида кремния и составляющий 36,0-36,9 об.% структурных элементов. Предлагаемый материал на основе карбида кремния имеет высокие показатели по жаро- и термостойкости. 1 табл,