Способ получения композиционного материала

Способ получения композиционного материала

Реферат

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
№ примера	Вид волокна	Состав тв.фазы золя	Режим сушки Т°, ч	Режим термообработки, Т°, ч
1 Предл.	Аl2О3-SiO2	Аl2O3MgO-1 вес.%	50°-3ч	150°-3ч
2 Предл.	SiC	ZrSiO4MgO-5 вес.%	65°-2ч	250°-2ч
3 Предл.	Аl2O3-50	ZrO2MgO-10 вec.%	80°-1ч	350°-1ч.
Прототип 4	Al2O3-SiO2	ZrO2	12	-

Таблица 2
№при мера	Свойства композиционного материала	Наличие дефектов
Плотность,г/см3	Прочность при изгибе, МПа	Теплопроводность, В/(м·К)	Температура испытаний, °C
20-1000-20	20-1500-20	20-1750-20
Термостойкость - кол-во циклов
Предл.1KM 23	1,20,61,7	2011065	0,30,80,25	101010	101010	101010	Дефектов нет, образцы сняты с испытаний без разрушения
Прототип 4	0,51-1,56	16-102	0,3	2	2	1	Образцы 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.

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.