Способ получения ячеистого материала на основе карбида кремния

Реферат

 

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 - 280oC 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 - 310oC и выдерживают при ней 30 - 60 мин, затем поднимают температуру до 1200 - 1300oC 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.

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 1300oC, 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 280oC 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 - 310oC, выдерживают при ней 30 60 мин, затем поднимают температуру до 1200 1300oC 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 280oC 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 310oC, при которой выдерживают 60 мин, в течение которых происходит окисление-структурирование ПКС. Затем поднимают температуру до 1300oC 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 200oC 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 310oC, при которой выдерживают 60 мин, после чего поднимают температуру до 1200oC 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 1300oC, 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.

Формула изобретения

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 280oС 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 - 310oС, выдерживают при ней 30 60 мин, затем поднимают температуру до 1200 1300oС и выдерживают в течение 30 60 мин до образования блока эластичного пеноматериала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2