Патент на изобретение №2359927
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) КЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
(57) Реферат:
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к композиционным материалам на основе стеклокерамических матриц, армированных углеродными наполнителями для изготовления теплонагруженных узлов и деталей перспективной авиационно-космической техники, наземных, энергетических, нефте-, газоперекачивающих, транспортных систем и новых областей общего и специального машиностроения, работающих при температурах до 1300°С. Предложен керамический композиционный материал, включающий стекломатрицу и углеродный волокнистый наполнитель, стекломатрица содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 2,9-4,1, ВаО 2,8-4,3, MgO 6,5-10,1, Al2О3 14,2-17,3, SiO2 – остальное. При этом преимущественное соотношение стекломатрицы и углеродного волокнистого наполнителя составляет, мас.%: стекломатрица 60,5-73,5, углеродный волокнистый наполнитель 26,5-39,5. Технический результат изобретения – повышение жаростойкости материала при рабочих температурах до 1300°С. Предложенный керамический композиционный материал экологически-, пожаро- и взрывобезопасен. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к композиционным материалам на основе стеклокерамических матриц, армированных углеродными наполнителями для изготовления теплонагруженных узлов и деталей перспективной авиационно-космической техники, наземных, энергетических, нефте-, газоперекачивающих, транспортных систем и новых областей общего и специального машиностроения, работающих при температурах до 1300°С. Известен керамический композиционный материал следующего состава, мас.%:
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
(The mechanical properties of carbon Journal of Materials Science 7 (1972) P.1454. Недостатком указанного керамического композиционного материала является низкая жаростойкость при воздействии температур выше 450°С в окислительной среде из-за интенсивного окисления углеродных волокон. Известен композиционный материал, включающий стекломатрицу, армированную углеродными волокнами, при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
(патент США Недостатками известного композиционного материала являются низкая жаростойкость и повышенный коэффициент термического расширения при рабочих температурах 500-550°С. Известные композиционные материалы могут быть использованы только для изготовления легкого высокотемпературного крепежа многоразовой теплозащиты. Известен также композиционный материал следующего состава, мас.%:
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
(патент РФ Недостатком указанного композиционного материала является недостаточно высокая жаростойкость при температурах выше 800°С. Композиционный материал может быть использован для изготовления простых теплонагруженных элементов авиационной техники и машиностроения. Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является керамический композиционный материал следующего состава, мас.%:
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
(патент США Известный композиционный материал может быть использован для изготовления теплонагруженных деталей на основе ленточных и жгутовых препрегов, применяющихся в авиационной технике и машиностроении. Недостатками керамического композиционного материала – прототипа являются низкая жаростойкость при температурах до 1300°С. Технической задачей изобретения является повышение жаростойкости материала при рабочих температурах до 1300°С. Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен керамический композиционный материал, включающий стекломатрицу, содержащую SiO2, Al2О3, и углеродный волокнистый наполнитель, в котором стекломатрица дополнительно содержит CaO, BaO, MgO, при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
При этом преимущественное соотношение стекломатрицы и углеродного волокнистого наполнителя составляет, мас.%:
Предлагаемый керамический композиционный материал предназначен для изготовления теплонагруженных деталей, применяющихся в авиационной, космической технике и специальном машиностроении. Авторами установлено, что дополнительное введение в стекломатрицу оксида кальция, оксида бария и оксида магния при заявленном содержании и соотношении компонентов позволит повысить жаростойкость керамического композиционного материала, работающего при температурах до 1300°С, за счет образования в стеклофазе кристаллических фаз, таких как цельзиан BaO·Al2O3·SiO2, кальциевый анортит СаО·Al2O3·2SiO2, кордиерит 2MgO·2Al2O3·5SiO2, имеющих высокие температуры плавления. Примеры осуществления Для получения керамического композиционного материала были приготовлены четыре композиции, соотношение компонентов в которых приведено в таблице 1. Пример 1 Стеклокерамический композиционный материал (табл.1, состав 1) получали по методу, совмещающему «золь-гель» технологию приготовления алюмосиликатного стекла и шликерную технологию. В качестве углеродного волокнистого материала использовали углеродную ленту «Кулон». Суспензию наносили на ленту «Кулон» с одновременной прокаткой резиновым валиком и последующей выкладкой на формовочную плоскость. Полученные полуфабрикаты сушили при температуре (18-100)°С в течение 48-4 часов. Далее заготовки выкладывали в графитовые пресс-формы и подвергали горячему прессованию при температуре до 1400°С. Примеры 2-4 получения керамических композиционных материалов осуществляли аналогично примеру 1. В таблице 2 представлены свойства полученных образцов предлагаемого керамического композиционного материала в сравнении с материалом – прототипом. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что предложенный керамический композиционный материал позволяет на порядок улучшить жаростойкость и повысить температуру применения на 500°С. Применение предлагаемого керамического композиционного материала для изготовления теплонагруженных узлов и деталей обеспечит увеличение ресурса и надежности этих деталей. Предложенный керамический композиционный материал экологически-, пожаро- и взрывобезопасен.
Формула изобретения
1. Керамический композиционный материал, включающий стекломатрицу, содержащую SiO2, Al2O3 и углеродный волокнистый наполнитель, отличающийся тем, что стекломатрица дополнительно содержит СаО, BaO, MgO при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
2. Керамический композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что он имеет следующий состав, мас.%:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5391213).