Исследование газофазных процессов получения волокнисто-армированных органоморфных керамических композитов с SiC-матрицей

Е. А. Богачев; В. И. Кулик; А. В. Кулик; А. С. Нилов

doi:10.17073/1683-4518-2020-8-23-30

Исследование газофазных процессов получения волокнисто-армированных органоморфных керамических композитов с SiC-матрицей

Е. А. Богачев, В. И. Кулик, А. В. Кулик, А. С. Нилов

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2020-8-23-30

Полный текст:

Аннотация

Исследован изотермический процесс газофазного химического осаждения для уплотнения SiC-матрицей органоморфных углеволокнистых преформ, полученных карбонизацией сжатых волокон окисленного полиакрилонитрила. Их особенностью является высокая (до 70 %) и однородная по размерам пор (приведенный диаметр пор от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров) пористость. Проблему оптимизации технологических параметров процесса получения керамоматричных композитов (КМК) решали путем сочетания экспериментальных исследований и численного моделирования. Получены экспериментальные образцы КМК с использованием негалогенового прекурсора метилсилана CH₃SiH₃ и определена их остаточная пористость. Для численного исследования газофазного процесса уплотнения преформ использовали 1D-модель. Результаты моделирования сравнивали с экспериментальными наблюдениями.

Ключ. слова

керамоматричные композиты, карбидокремниевая матрица, углеродные волокна, изотермический метод газофазного химического осаждения, органоморфные углеволокнистые каркасы, прекурсор метилсилан,

Об авторах

Е. А. Богачев

АО «Композит»
Россия

К. т. н.

г. Королев Московской обл.

В. И. Кулик

ФГБОУ ВПО «Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д. Ф. Устинова»
Россия

К. т. н.

Санкт-Петербург

А. В. Кулик

АО «Группа СТР»
Россия

к. ф.-м. н.

Санкт-Петербург

А. С. Нилов

ФГБОУ ВПО «Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д. Ф. Устинова»
Россия

к. т. н.

Санкт-Петербург

Список литературы

1. Bogachev, E. A. Design, structure and properties of organomorphic composites as new materials / E. A. Bogachev // Ceram. Int. ― 2019. ― Vol. 45. ― P. 9537-9543.

2. Garshin, A. P. Contemporary technology for preparing fiber-reinforced composite materials with a ceramic refractory matrix (review) / A. P. Garshin, V. I. Kulik, S. A. Matveev, A. S. Nilov // Refract. Ind. Ceram. ― 2017. ― Vol. 58, № 2. ― P. 148-161. Гаршин, А. П. Современные технологии получения волокнисто-армированных композиционных материалов с керамической огнеупорной матрицей (Обзор) / А. П. Гаршин, В. И. Кулик, С. А. Матвеев, А. С. Нилов // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 4. ― С. 20-35.

3. Hanbook of ceramic composites ; ed. by P. Narottam. ― Bansal. ― Boston, Dordrecht, London : Kluver Academic Publishers, 2005. ― Р. 554.

4. Heidenreich, B. C/SiC and C/C-SiC composites // in Ceramic matrix composites: materials, modelling and technology ; ed. by Bansal, Narottam P., Lamon J. / John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA, 2014. ― P. 147-216.

5. Timofeev, А. Composites with silicon carbide matrix obtained from monomethylsilane by CVI method / A. Timofeev, E. Bogachev, A. Lahin // Proceedings of the 5th International Conference on High-Temperature Ceramic Matrix Composites, HTCMC-5, Seattle (WA). ― 2004. ― P. 87-90.

6. Bogachev, E. A. MMS Technology: first results and prospects / E. A. Bogachev, A. V. Lahin, A. N. Timofeev // Ceram. Trans. ― 2014. ― Vol. 248. ― P. 243-253.

7. Chang, H.-C. Minimizing infiltration times during isothermal chemical vapor infiltration with methyltrichlorsilane / H.-C. Chang, T. F. Morse, B. W. Sheldon // J. Am. Ceram. Soc. ― 1997. ― Vol. 80. ― Р. 1805-1811.

8. Kulik, V. I. Modelling of SiC-matrix composite formation by thermal gradient chemical vapour infiltration / V. I. Kulik, A. V. Kulik, M. S. Ramm, Yu. N. Makarov // Mater. Sci. Forum. ― 2004. ― Vol. 457-460. ― P. 253-256.

9. Kulik, V. I. Modeling of SiC-matrix composite formation by isothermal chemical vapour infiltration / V. I. Kulik, A. V. Kulik, M. S. Ramm, Yu. N. Makarov // J. Crystal Growth. ― 2004. ― Vol. 266. ― P. 333-339.

10. Пат. 2620810 RF. Method of manufacturing of porous preform ― basis of a composite material / Bogachev E. A., Elakov A. B., Beloglazov A. P., Denisov Yu. A., Timofeev A. N. ; appl. 06.05.16 ; dated 29.05.17, Bul. № 16.

11. Kogan, E. V. Porous structure of carbon–carbon friction composites studiedby gas adsorption and standard contact porosimetry techniques / E. V. Kogan, Yu. M. Volfkovich, V. V. Kulakov [et al.] // Inorganic Materials. ― 2012. ― Vol. 48. ― P. 676-679.

12. Кулик, В. И. Исследование термоградиентных процессов газофазного насыщения SiC-матрицей сложнопористых волокнистых каркасов с 3D-структурой / В. И. Кулик, А. В. Кулик, М. С. Рамм // Сб. трудов 1-го российского науч.-техн. симпозиума. «Интеллектуальные композиционные материалы и конструкции». ― М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. ― С. 36-41.

13. Лапин, Ю. В. Внутренние течения газовых смесей / Ю. В. Лапин, М. Х. Стрелец. ― М. : Наука, 1989. ― 368 с.

14. Оран Э. Численное моделирование реагирующих потоков / Э. Оран, Дж. Борис. ― М. : Мир, 1990. ― 660 с.

15. Патанкар, С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости : пер. с англ. / С. Патанкар. ― М. : Энергоатомиздат, 1984. ― 152 с.

16. Johnson, A. D. Kinetics of SiC CVD: surface decomposition of silacyclobutane and methylsilane / A. D. Johnson, J. Perrin, J. A. Mucha, D. E. Ibbotson // J. Phys. Chem. ― 1993. ― Vol. 97, № 49. ― P. 12937-12948.

17. Ohshita, Y. Reactants in SiC chemical vapor deposition using CH3SiH3 as a source gas / Y. Ohshita // J. Cryst. Growth. ― 1995. ― Vol. 147, № 1/2. ― P. 111-116.

18. Tago, T. Numerical simulation of the thermalgradient chemical vapor infiltration process for production of fiber-reinforced ceramic composite / T. Tago, M. Kawase, Y. Ikuta, K. Hashimoto // Chemical Engineering Science. ― 2001. ― Vol. 56. ― P. 2161-2170.

Дополнительные файлы

Для цитирования: Богачев Е.А., Кулик В.И., Кулик А.В., Нилов А.С. Исследование газофазных процессов получения волокнисто-армированных органоморфных керамических композитов с SiC-матрицей. Новые огнеупоры. 2020;(8):23-30. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2020-8-23-30

For citation: Bogachev E.A., Kulik V.I., Kulik A.V., Nilov A.S. Investigation of gas-phase processes for the preparation of fiber-reinforced organomorphic ceramic composites with a SiC-matrix. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2020;(8):23-30. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2020-8-23-30

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

ISSN 1683-4518 (Print)

Логин
Пароль