СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТО-АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С КЕРАМИЧЕСКОЙ ОГНЕУПОРНОЙ МАТРИЦЕЙ (ОБЗОР)

Приведен обзор и  представлен анализ состояния и  тенденций развития современных технологий получения керамоматричных композитов (КМК),  основанных на  твердо-, жидкои газопарофазных процессах. Для каждого из базовых технологических методов были  рассмотрены варианты и модификации их практической реализации, выявлены особенности, достоинства и недостатки. Показано, что  применение различных базовых технологических методов и их модификаций позволяет получать разнообразные  КМК,  различающиеся как  составом и структурой, так  и свойствами. Проведен анализ перспектив совершенствования методов получения КМК и улучшения их эксплуатационных характеристик за счет использования микроволновой технологии.

1. Гаршин, А. П. Керамика для машиностроения / А. П. Гаршин, В. М. Гропянов, Г. П. Зайцев, С. С. Семенов. ― М. : Научтехлитиздат, 2003. ― 384 с.

2. Saito, S. Fine ceramics / S. Saito. ― Tokyo : Elsevier, 1988. ― 347 p.

3. Carter, M. B. Ceramic materials: science and engineering / M. B. Carter, M. G. Norton. ― Springer, 2007. ― 716 p.

4. Гаршин, А. П. Анализ современного состояния и перспектив коммерческого применения волокнистоармированной карбидкремниевой керамики / А. П. Гаршин, В. И. Кулик, А. С. Нилов // Новые огнеупоры. ― 2012. ― № 2. ― С. 43‒52. Garshin, A. P. Analysis of the status and prospects for the commercial use of fiber-reinforced silicon-carbide ceramics / A. P. Garshin, V. I. Kulik, A. S. Nilov // Refractories and Industrial Ceramics. ― 2012. ― Vol. 53, №1. ― P. 62‒70.

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

6. Кулик, В. И. Системы торможения на основе фрикционных волокнисто-армированных композиционных материалов с углеродной и керамической матрицей / В. И. Кулик, А. С. Нилов, А. П. Гаршин // Респ. межвед. сб. науч. тр. Вып. 30. ― Минск : Белорусская наука, 2007. ― С. 83‒94.

7. Костиков, В. И. Сверхвысокотемпературные композиционные материалы / В. И. Костиков, А. Н. Варенков. ― М. : Интермет Инжиниринг, 2003. ― 560 с.

8. Кулик, В. И. Концепция описания эволюции пористых сред в многостадийных процессах их уплотнения углеграфитовыми и керамическими материалами / В. И. Кулик, А. В. Кулик // Материалы Международного симпозиума «Инженерия поверхности. Новые порошковые материалы. Сварка». В 2 ч. Ч. 1. ― Минск : Институт порошковой металлургии ГНПО ПМ, 2011. ― С. 173‒181.

9. Мэттьюз, Ф. Композитные материалы. Механика и технология / Ф. Мэттьюз, Р. Ролингс. ― М. : Техносфера, 2003. ― 408 с.

10. Naslain, R. Materials design and processing of high temperature ceramic matrix composites: state of the art and future trends / R. Naslain // Adv. Compos. Mater. ― 1999. ― Vol. 8, № 1. ― P. 3‒16.

11. Naslain, R. Si-matrix composite materials for advanced jet endines / R. Naslain, F. Cristin // MRS Bulletin. ― 2003. ― № 9. ― P. 854‒858.

12. Katoh, Y. SiC/SiC composites through transient eutectic-phase route for fusion applications / Y. Katoh, A. Kohyama, T. Nozawa, M. Sato // J. Nucl. Mater. ― 2004. ― Vol. 329‒333, Part A. ― P. 587‒591.

13. Lim, D.-S. Effect of CNT distribution on tribological behavior of alumina – CNT composites / D.-S. Lim, D.-H. You, H.-J. Choi [et al.] // Wear. ― 2005. ― Vol. 259. ― P. 539‒544.

14. Prewo, K. M. Fibre reinforced glasses and glass-ceramics / K. M. Prewo // In Glasses and Glass-Ceramics / ed. by M. H. Lewis. ― Chapman and Hall, New York, 1989. ― P. 336‒368.

15. Конкин, А. А. Термо-жаростойкие и негорючие волокна / А. А. Конкин. ― М. : Химия, 1978. ― 424 с.

16. Zheng, G. Interface modification of carbon reinforced SiC composites prepared by Policarbosilane Impregnation – Pyrolysis Method / G. Zheng // Ph‒D Thesis. ― Graduate School of Marine Science and Engineering, Nagasaki University, December 1998. ― 124 p.

17. Fitzer, E. Fiber-reinforced silicon carbide / E. Fitzer, R. Gadow // Am. Ceram. Soc. Bull. ― 1986. ― Vol. 65. ― P. 326‒335.

18. Rak Z. S. Cf /SiC composites by a novel manufacturing method / Z. S. Rak, L. D. Berkeveld, G. Snijders // ECNR X—00-040, December 2000. ― 21 р.

19. Стороженко, П. А. Новые бескислородные предкерамические полимеры ‒ нанометаллополикарбосиланы и наноразмерные наполнители ‒ уникальные материалы для повышения прочности и окислительной стойкости углеграфитов и стабилизации высокопрочной и высокотемпературной керамики / П. А. Стороженко, А. М. Цирлин, С. П. Губин [и др.] // Серия «Критические технологии. Мембраны». ― 2005. ― Vol. 28, № 4. ― С. 68‒74.

20. Krenkel, W. Cost effective processing of CMC composites by melt infiltration (LSI-Process) / W. Krenkel // Ceram. Eng. and Sci. Proc. (Ed.: Am. Ceram. Soc.). ― 2001. ― Vol. 22, № 3. ― P. 443‒454.

21. Максимов, А. И. Основы золь-гель технологии и нанокомпозитов / А. И. Максимов, В. А. Мошников, Ю. М. Таиров, О. А. Шилова. ― СПб. : Элмор, 2008. ― 255 с.

22. Семченко, Г. Д. Синтез новообразований при термообработке в азотной среде и при ГП шихт из SiC и Si3N4 с использованием золь-гель композиций / Г. Д. Семченко, Л. А. Анголенко, И. Н. Опрышко [и др.] // Тез. докл. V Всерос. конф. «Керамика и композиционные материалы», 20‒27 июня 2004 г., г. Сыктывкар, 2004. ― C. 14.

23. Composite Materials Handbook. ― Vol. 5. Ceramic Matrix Composites. ― Department of Defense Handbook. ― MIL-HDBK-17-5, June 2002. ― 246 p.

24. Besmann, T. M. Vapor-phase fabrication and properties of continuous-filament ceramic composites / T. M. Besmann, B. W. Sheldon, R. A. Lowden, D. P. Stinton // Sci. ― 1991. ― Vol. 253. ― Р. 1104‒1109.

25. Lazzeri, A. CVI Proсessing of ceramic matrix composites / A. Lazzeri // Ceramics and Composites Processing Methods, Am. Ceram. Soc. : John Wiley & Sons, Inc., 2012 ― P. 313‒349.

26. Bessmann, T. M. Fabrication of ceramic composites: forced CVI / T. M. Bessmann, J. C. McLaughlin, H.-T. Lin // J. Nucl. Mat. ― 1995. ― Vol. 219. ― P. 31‒35.

27. Sugiyma, K. Pulse chemical vapour infiltration of SiC in porous carbon or SiC partculate preform using an r. f. heating system / K. Sugiyma, Y. Ohzawa // J. Mater. Sci. Lett. ― 1990. ― Vol. 25. ― P. 4511‒4517.

28. Zhou, Q. Fabrication of Cf /SiC composites by vapor silicon infiltration / Q. Zhou, S. Dong, X. Zhang [et al.] // Am. Ceram. Soc. ― 2006. ― Vol. 89, № 7. ― P. 2338‒2340.

29. Кулик, В. И. Моделирование процессов получения композитов с SiC матрицей методом парофазного реакционного спекания / В. И. Кулик, А. В. Кулик // Сб. трудов 10-й междунар. науч.-техн. конф.: «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка». ― Минск : Беларуская навука, 2012 г. ― С. 76‒85.

30. Пат. 2543242 РФ. Способ изготовления герметичных изделий из углерод-карбидкремниевых материалов / Бушуев В. М., Чунаев В. Ю., Бушуев М. В., Оболенский Д. С. ; заявл. 11.12.12 ; опубл. 27.02.15, Бюл. № 17.

31. Пат. 2543243 РФ. Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе матрицы из карбидов металлов, получаемой с применением способа регулируемого введения металла в поры углеродсодержащего материала заготовок / Бушуев В. М., Чунаев В. Ю., Бушуев М. В., Оболенский Д. С. ; заявл. 11.12.12 ; опубл. 27.02.15, Бюл. № 17.

32. Yin, Y. Microwave assisted chemical vapor infiltration for ceramic matrix composites / Y. Yin, J. G. P. Binner, T. E. Cross // Ceram. Trans. ― 1997. ― Vol. 80. ― P. 349‒356.

33. Timms, L. A. Reducing chemical vapor infiltration time for ceramic matrix composites / L. A. Timms, W. Westby, C. Prentice [et al.] // J. Microscopy. ― 2001. ‒ Vol. 201, № 2. ― P. 316‒323.

34. Lazzeri, A. Modeling and development of a microwave heated pilot plant for the production of SiC-based ceramic matrix composites / A. Lazzeri, B. Cioni // Int. J. Chem. React. Eng. ― 2008. ― № 6. ― P. 1‒23.

35. Jaglin, D. Microwave heated chemical vapor infiltration: densification mechanism of SiCf/SiC composites / D. Jaglin, J. G. P. Binner, B. Vaidhyanathan [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2006. ― Vol. 89, № 9. ― P. 2710‒2717.

36. Karandikar, P. G. Microwave assisted (mass) processing of metal-ceramic and reaction-bonded composites / P. G. Karandikar, M. K. Aghajanian, D. Agrawal, J. Cheng // Ceram. Eng. and Sci. Proc. ― 2007. ― Vol. 27, № 2. ― P. 435‒446.

37. Пат. 20040238794 A1 US. Microwave processing of composite bodies made by an infiltration route / Karandikar P. G., Aghajanian M. K., Ortiz L. ; заявл. 30.05.03 ; oпубл. 02.12.04.

38. Shan, T. H. A. Microwave curing of silicon carbide ceramics from a polycarbosilane precursor / T. H. A. Shan, R. Cozens, Y. L. Tian, I. Ahmad // Mat. Res. SOC Symp. Proc., Pittsburgh, PA, 1994. ― Vol. 347. ― P. 729‒734.

39. Cozens, R. F. Microwave processing of polycarbosilane and its use as a ceramic joining aid / R. F. Cozens, T. H. A. Shan, Y. L. Tian [et al.] // Proc. of the 30th IMPI Microwave Symposium, International Microwave Power Institute, Manassas, VA. ― 1995.

40. Danko, G. A. Comparison of microwave hybrid and conventional heating of preceramic polymers to form silicon carbide and silicon oxycarbide ceramics / G. A. Danko, R. Silberglitt, P. Colombo [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2000. ― Vol. 83. ― P. 1617‒1625.

41. Heidenreich, B. Carbon fibre reinforced SiC materials based on melt infiltration / B. Heidenreich // 6th International conf. on high temperature ceramic matrix composites, New Delhi, India, 2007. ― 6 p.