.png)
.png)
Email this article 
THE STATE-OF-ART TECHNOLOGIES FOR THE FIBERREINFORCED COMPOSITION MATERIALS WITH THE CERAMIC REFRACTORY MATRIX
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-4-20-35
Abstract
The review is given and the contemporary state and development trends are analyzed for the state-of-art manufacturing technologies of the ceramic-matrix compositions (CMC) based on solid, liquid and gasvapor-phase processes. Each of the basic technological methods was considered in order to find their variants and modifications for their practical implementation, their features, merits and shortcomings were revealed. It was shown that the application of various basic technological methods and of their modifications allows to obtain manifold CMCs with different compositions, structures and properties. The prospects for the improvement of the CMC's manufacturing technologies and of CMC's performance characteristics through the microwave technology application were analyzed. Ill. 7. Ref. 41. Tab. 3.
Keywords
About the Authors
A. Р. GarshinRussian Federation
V. I. Kulik
Russian Federation
S. A. Matveev
Russian Federation
A. S. Nilov
Russian Federation
References
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.
Supplementary files
For citation: Garshin A.Р., Kulik V.I., Matveev S.A., Nilov A.S. THE STATE-OF-ART TECHNOLOGIES FOR THE FIBERREINFORCED COMPOSITION MATERIALS WITH THE CERAMIC REFRACTORY MATRIX. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2017;(4):20-35. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-4-20-35
Refbacks
- There are currently no refbacks.