Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование керамообразующих композиций на основе модифицированных поликарбосилана и полиорганосилазанов

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-9-30-37

Полный текст:

Аннотация

Керамические композиционные материалы (ККМ), сохраняя ценные свойства монолитной керамики, обладают повышенной трещиностойкостью и стойкостью к механическим и температурным ударным воздействиям. Поэтому их широко применяют в качестве деталей теплонагруженных элементов авиационной и ракетной техники, в атомной энергетике и др. LPI-метод (liquid polymer infiltration) получения ККМ основан на пропитке каркаса из керамических волокон кремнийорганическим полимером, формовании предкерамической матрицы по полимерной технологии с последующим высокотемпературным пиролизом, приводящим к получению армированной керамической матрицы. Керамика, полученная из полимерных прекурсоров, имеет преимущественно аморфную структуру, которая определяет ее высокую термическую стабильность. Кроме того, введение в состав матрицы керамического композита наноразмерных частиц карбидов, боридов и нитридов тугоплавких металлов (Zr, Ti, Hf) стабилизирует ее аморфную структуру до температур 1500 - 1600 °C. В работе представлены результаты исследования керамообразующих композиций на основе поликарбосилана и полиорганосилазанов, модифицированных атомами Hf и Ta. Установлено, что введение в состав полиорганосилазана модифицирующих добавок Hf и Ta смещает интервал отверждения композиций в сторону более низкой температуры. Выход гель-фракции составляет 73,3 и 82,7 % масс. соответственно. Процесс пиролиза композиций протекает в интервале 350 - 1100 °С независимо от состава. Выявлено также, что при нагревании образцов пиролизата до 1400 °С на воздухе их потери массы не превышают 0,5 %. На основе исследованных композиций и углеродного армирующего наполнителя получен керамический композиционный материал, проанализированы его физико-механические свойства и термоокислительная устойчивость. Показано, что плотность образцов ККМ возрастает в 1,5 раза с увеличением количества циклов пропитки и достигает максимального значения 1950 кг/м3 при пяти циклах пропитки наполнителя композицией на основе полиорганосилазана, модифицированного Ta. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых ККМ.

Об авторах

А. М. Шестаков
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Алексей Михайлович Шестаков

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Н. И. Швец
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Наталья Ивановна Швец

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



В. А. Розененкова
Всероссийский НИИ авиационных материалов
Россия

Валентина Алексеевна Розененкова

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Список литературы

1. Каблов Е. Н. Композиты: сегодня и завтра / Металлы Евразии. 2015. № 1. С. 36 - 39.

2. Каблов Е. Н., Жестков Б. Е., Гращенков Д. В., Сорокин О. Ю., Лебедева Ю. Е., Ваганова М. Л. Исследование окислительной стойкости высокотемпературного покрытия на БЮ-материале под воздействием высокоэнтальпийного потока / Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. № 6. С. 704 - 711.

3. Каблов Е. Н., Щетанов Б. В., Ивахненко Ю. А., Балинова Ю. А. Перспективные армирующие высокотемпературные волокна для металлических и керамических композиционных материалов / Труды ВИАМ. 2013. № 2. Ст. 05.

4. Севастьянов В. Г., Симоненко Е. П., Симоненко Н. П., Гращенков Д. В., Солнцев С. Ст., Ермакова Г. В., Прокопченко Г. М., Каблов Е. Н., Кузнецов Н. Т. Получение нитевидных кристаллов карбида кремния с применением золь-гель метода в объеме БЮ-керамики / Композиты и наноструктуры. 2014. Т. 6. № 4. С. 198 - 211.

5. Сорокин О. Ю., Гращенков Д. В., Солнцев С. Ст., Евдокимов С. А. Керамические композиционные материалы с высокой окислительной стойкостью для перспективных летательных аппаратов (обзор) / Труды ВИАМ. 2014. № 6. Ст. 08. DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-6-8-8

6. Сорокин О. Ю. К вопросу о механизме взаимодействия углеродных материалов с кремнием (обзор) / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 65 - 70. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-65-70

7. Dressier W., Riedel R. Progress in silicon-based non-oxide structural ceramics / Int. J. Refr. Metals Hard Mater. 1997. Vol. 15. N 1 - 3. P 13 - 47.

8. Riedel R., Seher M., Mayer J., Szabo D.-V Polymer-derived Si-based bulk ceramics. Part I. Preparation, processing and properties / J. Eur. Ceram. Soc. 1995. Vol. 15. N 8. P. 703 - 715.

9. Riedel R., Kroke E., Greiner A., Gabriel A., Ruwisch L., Nicolich J. Inorganic Solid-State Chemistry with Main Group Element Carbodiimides / №em. Mater. 1998. Vol. 10. N 10. P. 2964 - 2979.

10. An L., Riedel R., Konetschny C., Kleebe H.-J., Raj R. Newtonian Viscosity of Amorphous Silicon Carbonitride at High Temperature / J. Am. Ceram. Soc. 1998. Vol. 81. N 5. P. 1349 -1352.

11. Riedel R., Ruwisch L. M., An L., Raj R. Amorphous Silicoboron Carbonitride Ceramic with Very High Viscosity at Temperatures above 1500 °С / J. Am. Ceram. Soc. 1998. Vol. 81. N 12. P. 3341 - 3344.

12. Colombo P., Mera G., Riedel R., Sorarb G. Polymer-derived ceramics: 40 years of research and innovation in advanced ceramics / J. Am. Ceram. Soc. 2010. Vol. 93. N 7. P. 1805 - 1837.

13. Birot M., Pillot J., Dunogues J. Comprehensive chemistry of polycarbosilanes, polysilazane, and polycarbosilazanes as precursors of ceramics / №em. Rev. 1995. Vol. 95. P 1443 - 1447.

14. Kroke E., Li Y., Konetschny C., Lecomte E., Fasel C., Riedel R. Silazane derived ceramics and related materials / Mater. Sci. Eng. R. Rep. 2000. Vol. 26. N 4 - 6. P 97 - 199.

15. Bahloul D., Pereira M., Goursat P, Choong Kwet Yive N., Corriu R. Preparation of silicon carbonitrides from an organosilicon polymer. I. Thermal decomposition of the cross-linked polysilazane / J. Am. Ceram. Soc. 1993. Vol. 76. P 1156 - 1162.

16. Ly H., Taylor R., Day R., Heatley F. Conversion of polycarbosilane (PCS) to SiC-based ceramic. Part 1. Characterization of PCS and curing products / J. Mater. Sci. 2001. Vol. 36. P. 4037 - 4043.

17. Стороженко П. А., Цирлин A. M., Губин С. П., Гусейнов Ш. Л., Флорина Б. К., Щербакова Г. И., Шемаев Б. И., Измайлова Б. А. Новые бескислородные предкерамические полимеры — нано-металлополикарбосиланы и нано-размерные наполнители — уникальные материалы для повышения прочности и окислительной стойкости углеграфитов и стабилизации высокопрочной и высокотемпературной керамики / Критические технологии. Мембраны. 2005. № 4(28). С. 68 - 74.

18. Mocaer D., Pailler R., Naslain R., et al. Si-C-N ceramics with a high microstructural stability elaborated from the pyrolysis of newpolycarbosilazane precursors. Part I. The organic/inorganic transition / J. Mater. Sci. 2001. Vol. 28. P 2615 - 2631.

19. Каблов Б. H. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 3 - 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.


Для цитирования:


Шестаков А.М., Швец Н.И., Розененкова В.А. Исследование керамообразующих композиций на основе модифицированных поликарбосилана и полиорганосилазанов. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021;87(9):30-37. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-9-30-37

For citation:


Shestakov A.M., Shvets N.I., Rosenenkova V.A. Study of preceramic compositions based on modified polycarbosilane and polyorganosilazanes. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021;87(9):30-37. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-9-30-37

Просмотров: 108


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)