RU99122165A - REINFORCED FIBER COMPOSITE CERAMIC MATERIAL AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE - Google Patents

Claims (19)

1. Способ изготовления армированного волокном композиционного керамического материала с высокожаропрочными волокнами, в частности, на основе Si/C/B/N, реакционно связанными с матрицей на кремниевой основе, отличающийся тем, что предусматривает следующие операции: пропитку пучков волокнистого материала, в частности, из волокон Si/C/B/N, способным к пиролизу вяжущим материалом и упрочнением вяжущего материала; изготовление смеси из пучков волокнистого материала, наполнителей и способных к пиролизу вяжущих материалов; прессование смеси для получения сырца; пиролиз сырца в вакууме или в атмосфере защитного газа для получения пористой армированной углеродной формованной заготовки; инфильтрацию формованной заготовки расплавом кремния.1. A method of manufacturing a fiber-reinforced composite ceramic material with high-temperature-resistant fibers, in particular, based on Si / C / B / N, reactively bonded to a silicon-based matrix, characterized in that it comprises the following operations: impregnation of bundles of fibrous material, in particular from Si / C / B / N fibers capable of pyrolysis of a binder and hardening of a binder; the manufacture of a mixture of bundles of fibrous material, fillers and pyrolyzable binders; pressing the mixture to obtain raw; raw pyrolysis in a vacuum or in a protective gas atmosphere to obtain a porous reinforced carbon molded billet; infiltration of the molded preform with a molten silicon. 2. Способ по п.1, в котором в качестве волокнистого материала применяют углеродистые волокна или SiC-волокна. 2. The method according to claim 1, in which carbon fibers or SiC fibers are used as the fibrous material. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором пучки волокнистого материала изготавливают путем связывания отдельных элементарных нитей с добавкой шлихты. 3. The method according to p. 1 or 2, in which bundles of fibrous material are made by linking individual filaments with the addition of dressing. 4. Способ по пп.1, 2 или 3, в котором пучки волокнистого материала после пропитки дополнительно кондиционируют путем покрытия способным к пиролизу силицированным защитным слоем. 4. The method according to claims 1, 2 or 3, in which the bundles of fibrous material after impregnation are additionally conditioned by coating with a pyrolysis-capable siliconized protective layer. 5. Способ по любому из пп.1-4, по которому для пропитки применяют образующий при пиролизе твердый углерод материал, предпочтительно пек. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein a solid carbon forming material during pyrolysis is used for impregnation, preferably pitch. 6. Способ по любому из пп.1-5, по которому пучки волокнистого материала кондиционируют высокоуглеродистым полимерным материалом в качестве силицированного защитного слоя, который при пиролизе образует углерод, предпочтительно смолой или смесью смол из группы фенольных смол. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, in which the bundles of fibrous material are conditioned with a high-carbon polymeric material as a siliconized protective layer that forms carbon during pyrolysis, preferably with a resin or a mixture of resins from the group of phenolic resins. 7. Способ по любому из пп.1-6, по которому в качестве силицированного защитного слоя применяют образующий при пиролизе карбид кремния материал, предпочтительно из группы кремнийорганических полимеров, в частности, поликарбосилан. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein a silicon carbide forming material during pyrolysis is used as a siliconized protective layer, preferably from the group of organosilicon polymers, in particular polycarbosilane. 8. Способ по любому из пп.1-6, по которому в качестве силицированного защитного слоя применяют спекаемый при пиролизе материал на основе Si-B-C-N, предпочтительно из группы кремнийборорганических полимеров, в частности, полиборсилазан. 8. The method according to any one of claims 1 to 6, in which a Si-B-C-N-based material sintered during pyrolysis is used as a siliconized protective layer, preferably from the group of organosilicon polymers, in particular polyborsilazane. 9. Способ по любому из пп.1-8, по которому пропитку осуществляют разбавленным или растворенным вяжущим материалом, предпочтительно в мешалке или смесителе, таким образом, чтобы при испарении или осушении образовались стержни волокнистого материала, не склеивающиеся между собой, но при этом сохранялась сцепленность отдельных пучков волокнистого материала. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the impregnation is carried out with a diluted or dissolved binder, preferably in a mixer or mixer, so that upon evaporation or drying, rods of fibrous material are formed that are not stickable to each other, but which are preserved the cohesion of individual bundles of fibrous material. 10. Способ по любому из пп.1-9, по которому применяют пучки волокнистого материала, состоящие из 1000-14000 отдельных нитей со средним диаметром около 5-10 мкм. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, in which bundles of fibrous material are used, consisting of 1000-14000 individual threads with an average diameter of about 5-10 microns. 11. Способ по любому из пп.1-10, по которому применяют пучки волокнистого материала, имеющие длину около 1-30 мм, предпочтительно около 3-16 мм. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, in which bundles of fibrous material are used having a length of about 1-30 mm, preferably about 3-16 mm. 12. Способ по любому из пп.1-11, по которому для приготовления смеси применяют около 20-50 об.%, предпочтительно 30-40 об.% пучков волокнистого материала. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein about 20-50 vol.%, Preferably 30-40 vol.%, Bundles of fibrous material are used to prepare the mixture. 13. Способ по любому из пп.1-12, по которому в смесь для изготовления сырца добавляют содержащие углерод наполнители, предпочтительно сажу или графит. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein carbonaceous fillers, preferably carbon black or graphite, are added to the mixture for the manufacture of raw materials. 14. Способ по любому из пп.1-13, по которому в смесь для изготовления сырца или в примененные для пропитки или для кондиционирования пучков волокна материалы добавляют наполнители в виде кремния, карбидов, нитридов или боридов огнеупорных металлов, предпочтительно карбид кремния, карбид титана или борид титана в порошкообразной форме. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, wherein fillers in the form of silicon, carbides, nitrides or borides of refractory metals, preferably silicon carbide, titanium carbide, are added to the mixture for making raw materials or used for impregnating or conditioning fiber bundles or titanium boride in powder form. 15. Способ по любому из пп.1-14, по которому смесь приготавливают в смесителе или мешалке с добавкой термически отверждаемых вяжущих материалов и затем прессуют в форме и отверждают в сырец. 15. The method according to any one of claims 1 to 14, wherein the mixture is prepared in a mixer or mixer with the addition of thermally curable binders and then pressed into a mold and solidified into raw material. 16. Способ по любому из пп.1-15, по которому сырец до или после пиролиза дополнительно механически обрабатывают до призонной формы перед инфильтрацией расплавом кремния. 16. The method according to any one of claims 1 to 15, in which the raw material before or after pyrolysis is additionally mechanically processed to a prismatic form before being infiltrated with a silicon melt. 17. Способ по любому из пп.1-16, по которому смесь приготавливают путем выбора материалов и их долей так, чтобы образованная при пиролизе сырца формованная заготовка имела пористость около 20-50%. 17. The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the mixture is prepared by selecting materials and their proportions so that the formed preform formed during raw pyrolysis has a porosity of about 20-50%. 18. Способ по любому из пп.1-17, по которому в смесь добавляют вяжущие материалы, предпочтительно поливинилспиртовое волокно (PVA) или метилцеллюлозу, обладающие хорошей кинетикой пиролиза, с целью комбинирования пиролиза и силицирования. 18. The method according to any one of claims 1 to 17, in which binders, preferably polyvinyl alcohol fiber (PVA) or methyl cellulose, having good pyrolysis kinetics, are added to the mixture to combine pyrolysis and silicification. 19. Армированный волокном композиционный керамический материал с высокожаропрочными волокнами, в частности, на основе Si/C/B/N, реакционно связанными с матрицей на кремниевой основе, причем в матрицу впрессованы статистически распределенные коротковолокнистые пучки, состоящие из составленных в пучки отдельных волокнистых элементарных нитей со значительным содержанием отдельных нитей, причем коротковолокнистые пучки окружены, по меньшей мере по краям, слоем углерода, полностью или частично вступившего в реакцию с материалом матрицы. 19. Fiber-reinforced composite ceramic material with high-temperature-resistant fibers, in particular, based on Si / C / B / N, reactively bonded to a silicon-based matrix, with statistically distributed short-fiber bundles pressed into the matrix, consisting of individual fibrous filaments composed in bundles with a significant content of individual filaments, and the short-fiber bundles are surrounded, at least at the edges, by a layer of carbon that has fully or partially reacted with the matrix material.