×
27.06.2013
216.012.5056

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к способам получения керамических материалов, предназначенных для высокотемпературных изделий конструкционного назначения, таких как элементы камеры сгорания и соплового аппарата газотурбинного двигателя. Способ получения керамического изделия на основе муллита, содержащего 5-20 мас.% оксида циркония, включает приготовление керамического порошка соосаждением растворов гидролизованного тетраэтоксисилана, хлорида алюминия и золя оксида циркония с последующей термообработкой и измельчением, формование и спекание. Спекание проводят при температуре 1670-1750°C со скоростью нагрева от 412,4 до 432,5°C в час, а выдержку при температуре обжига производят до завершения процесса усадки. Технический результат изобретения - получение керамического материала, обладающего пониженной плотностью, теплопроводностью, и повышенной термостойкостью, что позволит повысить термическую эффективность и ресурс камер сгорания газотурбинных двигателей. 4 пр., 1 табл.
Основные результаты: Способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка на основе муллита, содержащего 5-20 мас.% оксида циркония, путем соосаждения растворов гидролизованного тетраэтоксисилана, хлорида алюминия и золя оксида циркония с последующей термообработкой и измельчением полученной заготовки, формование керамического порошка, сушку и обжиг керамического изделия, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре 1670-1750°C со скоростью нагрева от 412,5 до 432,5°C/ч, а выдержку при температуре обжига проводят до завершения процесса усадки.

Изобретение относится к способам получения высокотемпературных керамических изделий конструкционного назначения, таких как элементы камеры сгорания и соплового аппарата газотурбинного двигателя (ГТД).

Известен способ получения устойчивого к перепаду температур керамического материала на основе муллита, включающий смешивание порошка керамического материала, являющегося прекурсором матричного материала, с соединениями, способными образовывать в процессе реакции с керамическим порошком оксид циркония, оксид гафния или их смесь, спекание полученной смеси при температуре ниже температуры реакции и термообработку спеченного изделия при температуре реакции, в результате чего прекурсор керамического материала превращается в матричный материал, в котором образуются частицы оксида циркония (Патент США №4421861).

Недостатком данного способа является необходимость высокотемпературного реакционного спекания, при котором происходит неуправляемый рост кристаллов, приводящий к снижению механических свойств материала.

Известен способ получения керамического материала на основе муллита, содержащего оксиды, фториды, хлориды редкоземельных или щелочноземельных металлов и одно из соединений ванадия, ниобия или тантала в качестве спекающей добавки, включающий приготовление порошковой смеси исходных порошковых компонентов, ее механическое диспергирование путем помола в жидком носителе, формование заготовки и ее спекание при температуре 1300-1850°С (Патент США №5294576).

Недостатком данного способа является использование спекающих добавок, частично удаляемых в процессе спекания. При высокотемпературном спекании массивных заготовок летучие компоненты исходной смеси имеют ограниченные возможности диффузии из центральных частей материала, поэтому внутри заготовки возможно образование зон с высоким остаточным содержанием добавки, что приводит к существенной неоднородности свойств получаемого материала по толщине и вызывает резкое снижение его механических свойств при высоких температурах. Известным способом невозможно изготовить высокотемпературные изделия конструкционного назначения.

Известен способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка в виде преимущественно аморфной фазы (65-90 мас.%), содержащего 75-85 мас.% Al2О3, остальное - SiO2, его формование и спекание при температуре 1500-1650°С. Исходный порошок получают парофазным окислением смеси хлоридов алюминия и кремния при температуре 1800-2100°C с последующим охлаждением порошкового материала со скоростью более 5×103°С/сек (Патент США №4960738).

Недостатком данного способа является то, что полученное керамическое изделие в результате спекания имеет плотную беспористую структуру, повышенный удельный вес и теплопроводность и пониженную термостойкость (стойкость к распространению трещин при термоциклировании).

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка на основе муллита, содержащего 1-2 5 мас.% оксида циркония, путем смешения гидролизованного тетраэтоксисилана с хлоридом алюминия и золем оксида циркония, их гелирование и сушку с последующей термообработкой и измельчением полученной заготовки, формование керамического порошка, сушку и обжиг изделия при температуре 1700°С в течение 1 часа (Патент РФ №2292320).

Недостатком данного способа является то, что он не регламентирует скорость нагрева при обжиге и не обеспечивает получение закрытой пористости в изделии, способствующей снижению его теплопроводности и удельного веса и повышению стойкости к распространению трещин при термоциклировании.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения керамического изделия с закрытой пористостью и соответственно с пониженной плотностью, теплопроводностью и повышенной термостойкостью.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка на основе муллита, содержащего 5-20 мас% оксида циркония, путем соосаждения растворов гидролизованного тетраэтоксисилана, хлорида алюминия и золя оксида циркония с последующей термообработкой и измельчением полученной заготовки, формование керамического порошка, сушку и обжиг керамического изделия, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре 1670-1750°C со скоростью нагрева от 412,5 до 432,5°C/час, а выдержку при температуре обжига производят до завершения процесса усадки.

Предложенный режим спекания при температуре 1670-1750°C при скорости нагрева 412,5-432,5°C/час и выдержке при этой температуре до завершения процесса усадки обеспечивает получение закрытой, округлой, равномерно распределенной мелкой пористости в изделии из керамического композиционного материала, при этом на поверхности изделия образуется плотная гладкая корка, лишенная открытой пористости. Благодаря быстрому нагреву изделия при обжиге в поверхностных слоях материала происходит усадка и уплотнение с образованием плотного поверхностного слоя, препятствующего выходу паров, и при дальнейшей термообработке также происходит усадка во внутренних слоях изделия с образованием закрытых пор. Закрытые поры служат блокираторами возникающих в процессе эксплуатации трещин. В результате изделие имеет пониженную плотность и теплопроводность, повышенную термостойкость и защищено от проникновения в материал изделия влаги и горючих жидкостей, т.е. обеспечено получение высокотемпературного изделия конструкционного назначения, например теплозащитных элементов обшивки камер сгорания и сопловых аппаратов ГТД. Наличие закрытых пор также позволяет уменьшить коробление полученного материала при спекании и, соответственно, получить изделие заданной геометрической формы.

Примеры осуществления

Керамический порошок приготавливали в соответствии со способом, описанным в прототипе. Растворы, содержащие тетраэтоксисилан и хлорид алюминия, смешивали до образования прозрачной смеси и добавляли водную суспензию порошка оксида циркония с размером частиц 100-200 нм. После тщательного перемешивания проводили гелирование полученной смеси при комнатной температуре путем добавления ее в избыток аммиака при непрерывном перемешивании. Полученный осадок отфильтровывали, сушили и термообрабатывали при температуре 1050°C и измельчали до получения частиц размером не более 1 мкм. Полученный керамический порошок использовали для получения керамического изделия.

Пример 1

Из 100 г керамического порошка состава 80 мас.% микрокристаллического муллита (3Al2O3·2SiO2) и 20 мас.% оксида циркония (ZrO2) в стальной разъемной форме получали прессованием диски диаметром 105 мм и толщиной 5 мм. Диски сушили при температуре 120°C в течение 1 часа и спекали по режиму: нагрев до 1750°С в течение 4 часов, выдержка при этой температуре до завершения процесса усадки.

Теплопроводность измеряли при 20°С. Термостойкость определяли, испытывая образец на термоциклирование от 1200 до 20°С до появления первых трещин, плотность и пористость определяли гидростатическим взвешиванием. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 2, 3, 4 проводили аналогично примеру 1, см.таблицу.

Пример 5 (по прототипу)

Брали керамический порошок, содержащий 80 мас.% муллита и 20 мас.% оксида циркония. Формовали заготовку методом водного шликерного литья, сушили ее и проводили обжиг по режиму: нагрев до 1700°C со скоростью 100°C/час, выдержка 1 час.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что керамическое изделие, полученное предлагаемым способом, имеет плотность на 7,5-16,3% и теплопроводность на 7,6-34% ниже, чем у прототипа. Предлагаемое изделие способно выдержать без разрушения на (40-90)% больше количество термоциклов. Материал имеет закрытую пористость, препятствующую распространению трещин, и при этом не имеет открытой пористости, то есть защищен от проникновения влаги и горючих жидкостей в объем материала изделия.

Использование изделий, полученных предлагаемым способом, позволит повысить термическую эффективность и ресурс камер сгорания газотурбинных двигателей.

Таблица
Пример Состав материала, мас.% Температура обжига, °С Скорость нагрева при обжиге, °С/час Плотность, г/см3 Теплопроводность, Вт(м·K) Количество термоциклов 1200-20°С Пористость, %
открытая закрытая
муллит ZrO2
1 80 20 1750 432,5 3,05 4,30 50 1 10,5
2 80 20 1670 412,5 3,0 4,85 52 0,5 11
3 95 5 1720 425 2,82 3,90 >60 0,5 13
4 90 10 1670 412,5 3,0 4,25 55 0,5 11
5 прототип 80 20 1700 100 3,28 5,25 30 1,5 3

Способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка на основе муллита, содержащего 5-20 мас.% оксида циркония, путем соосаждения растворов гидролизованного тетраэтоксисилана, хлорида алюминия и золя оксида циркония с последующей термообработкой и измельчением полученной заготовки, формование керамического порошка, сушку и обжиг керамического изделия, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре 1670-1750°C со скоростью нагрева от 412,5 до 432,5°C/ч, а выдержку при температуре обжига проводят до завершения процесса усадки.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 181-190 of 254 items.
28.07.2018
№218.016.768a

Высотный дирижабль

Изобретение относится к области воздухоплавания. Высотный дирижабль имеет полужесткую конструкцию, внутреннюю и внешнюю оболочки, прослойка между которыми наполнена воздухом, внутренняя оболочка разделена на отсеки и наполнена несущим газом. Имеются два продольных боковых жестких элемента,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662593
Дата охранного документа: 26.07.2018
19.08.2018
№218.016.7d43

Двухканальная акустическая форсунка

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для подачи газообразного топлива и газовых компонентов в камеру сгорания воздушно-реактивных двигателей. Двухканальная акустическая форсунка для распиливания газообразного топлива содержит полый цилиндрический корпус с патрубками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664489
Дата охранного документа: 17.08.2018
01.09.2018
№218.016.81f8

Корпус для микросистем измерения силы тока

Использование: для датчиков тока. Сущность изобретения заключается в том, что корпус для микросистем измерения силы тока, содержащий крышку и сопрягаемые между собой две части корпуса: основание и вставку, верхняя поверхность основания выполнена с углублением для размещения компонентов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665491
Дата охранного документа: 30.08.2018
19.01.2019
№219.016.b1f5

Способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых заготовок переменной толщины

Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из алюминиевых полуфабрикатов переменной толщины методом сварки трением с перемешиванием. В процессе сварки проводится пошаговый контроль температуры поверхности сварного шва позади сварочного инструмента. При фиксировании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677559
Дата охранного документа: 17.01.2019
20.02.2019
№219.016.c227

Гидроакустический приемоизлучающий тракт

Заявлен гидроакустический приемоизлучающий тракт, содержащий блок управления 1, соединенный со вторыми входами блока индикации 2 и основного усилителя 3, а также с синтезатором 4, выходы которого соединены со вторыми входами n смесителей 5-6, а также через n каналов, состоящих каждый из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002453861
Дата охранного документа: 20.06.2012
20.02.2019
№219.016.c24e

Гидроцилиндр с механическим затвором в крайних положениях поршня

Изобретение относится к области судостроения, машиностроения и касается вопроса создания движительно-рулевых подъемных, винторулевых и подруливающих комплексов с фиксацией полного, высшего положения механизма в крайнем положении. Гидроцилиндр с механическим замком в крайних положениях поршня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002458817
Дата охранного документа: 20.08.2012
20.02.2019
№219.016.c258

Способ получения деминерализованного костного матрикса в виде крошки

Изобретение относится к медицине, а именно к способу получения деминерализованного костного матрикса в виде крошки. Способ получения деминерализованного костного матрикса в виде крошки, включающий измельчение кости, обработку фрагментов кости раствором Tween-80, удаление детергента, обработку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002456003
Дата охранного документа: 20.07.2012
23.02.2019
№219.016.c712

Экономнолегированная хладостойкая высокопрочная сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным хладостойким конструкционным сталям, используемым для изготовления сосудов высокого давления, применяемых для хранения сжатых газов (воздуха) в широком диапазоне температур, в том числе на Крайнем севере. Сталь содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680557
Дата охранного документа: 22.02.2019
06.03.2019
№219.016.d2d6

Хладостойкая свариваемая arc-сталь повышенной прочности

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству листового проката из хладостойкой arc-стали повышенной прочности и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, машиностроении, мостостроении и других отраслях промышленности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681094
Дата охранного документа: 04.03.2019
11.03.2019
№219.016.dbc8

Расплав на основе цинка для нанесения защитных покрытий на стальную полосу горячим погружением

Изобретение относится к области нанесения защитных металлических покрытий, в частности нанесения покрытий из расплавов на основе цинка на стальную полосу. Расплав содержит 0,003-0,03 мас.% индия, 0,84-5,24 мас.% алюминия, 0,6-3,74 мас.% магния при соотношении алюминия к магнию 1,4:1, и цинк -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002470088
Дата охранного документа: 20.12.2012
Showing 181-190 of 193 items.
20.01.2018
№218.016.1183

Образец для испытаний сотового заполнителя

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и может применяться при аттестации сотовых структур при изготовлении трехслойных конструкций кораблестроения, авиастроения и космической техники. Образец включает два одинаковых блока сотового заполнителя с приклеенными к их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634020
Дата охранного документа: 23.10.2017
20.01.2018
№218.016.1530

Направляющая насадка воздушного винта

Изобретение относится к движителям транспортных средств, преимущественно амфибийных судов на воздушной подушке и глиссеров. Направляющая насадка воздушного винта содержит предвинтовую и винтовую насадки, которые установлены коаксиально с образованием кольцевого канала. Предвинтовая насадка в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634856
Дата охранного документа: 07.11.2017
13.02.2018
№218.016.2013

Установка для промывки топливного бака летательного аппарата газонасыщенной жидкостью (варианты)

Изобретение относится к техническому обслуживанию летательных аппаратов. Установка для промывки топливного бака включает в себя узел промывки, который размещается внутри топливного бака (2), магистраль (4) нагнетания газонасыщенной моющей жидкости в узел промывки и магистраль (5) слива из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641408
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.206d

Гибкий теплозвукоизоляционный волокнистый материал низкой плотности

Изобретение относится к теплозвукоизоляционным материалам, в частности к волокнистым материалам авиационного назначения с пониженным удельным весом, высокими тепловыми свойствами, отвечающим требованиям пожарной безопасности. Обеспечение надежной работы теплоизоляции в условиях циклических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641495
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.224e

Высотный активно-реактивный снаряд и способ его функционирования

Группа изобретений относится к военной технике, а именно к активно-реактивным снарядам. Технический результат - увеличение высоты и вероятности поражения быстролетящей цели средствами противовоздушной и противоракетной обороны за счет улучшения полноты сгорания топлива, топливной эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642197
Дата охранного документа: 24.01.2018
04.04.2018
№218.016.3261

Способ калибровки видеограмметрических систем и контрольное приспособление для его осуществления

Изобретение относится к области оптических бесконтактных измерений геометрических параметров формы, положения, движения и деформации объектов в пространстве, в частности к ближней цифровой фотограмметрии и видеограмметрии, и может применяться для прецизионной калибровки видеограмметрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645432
Дата охранного документа: 21.02.2018
04.04.2018
№218.016.376b

Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательного аппарата и электрическая синхронизирующая трансмиссия для его реализации

Изобретение относится к силовым установкам летательных аппаратов. Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов (1) силовой установки летательных аппаратов заключается в том, что в случае отказа одного из двигателей внутреннего сгорания (2) муфта свободного хода (4)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646696
Дата охранного документа: 06.03.2018
08.07.2018
№218.016.6eb5

Способ изготовления деталей из титановых псевдо - α - сплавов

Изобретение может быть использовано для получения сверхпластической штамповкой изделий сложной формы. Осуществляют вакуумно-дуговую выплавку слитка из сплава ВТ20 и изготовление детали сверхпластической деформацией слитка при скорости деформации 10 с с последующими термической обработкой. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660461
Дата охранного документа: 06.07.2018
08.03.2019
№219.016.d52d

Способ получения комбинированной нити на основе коротких волокон и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам получения комбинированных нитей, содержащих короткие волокна, в частности, к высокотемпературным нитям для получения огнеупорных материалов, а также к устройствам для их получения. Способ получения комбинированной нити на основе коротких волокон, включает подачу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002419692
Дата охранного документа: 27.05.2011
01.05.2019
№219.017.4793

Способ ультразвукового контроля изделий из композиционных материалов

Использование: для ультразвукового контроля изделий из композиционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подачу ультразвуковых волн при помощи преобразователя перпендикулярно контактной поверхности объекта контроля с направлением волны через одну фокальную ось...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686488
Дата охранного документа: 29.04.2019
+ добавить свой РИД