СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБОСИЛИЦИДА ТИТАНА И ТИТАНОВОГО ПОРИСТО-ВОЛОКНИСТОГО КОМПОНЕНТА
METHOD OF PRODUCING COMPOSITE MATERIAL BASED ON TITANIUM SILICOCARBIDE AND TITANIUM POROUS-FIBROUS COMPONENT

Способ получения композиционного материала на основе карбосилицида титана и титанового пористо-волокнистого компонента относится к производству функциональных композиционных металло-керамических материалов, может найти применение в авиастроении, химической, энергетической промышленности, в машиностроении.
Снижение шума в жизнедеятельности человека является актуальной проблемой. Шум не только негативно влияет на здоровье людей, но и приносит убытки экономике страны, так как в условиях воздействия шума значительно снижается производительность людей. Среди всех шумов, оказывающих воздействие на человека, выделяется шум производственного происхождения со значительно возросшим его уровнем за последние десятилетия, причем условия работы промышленных «шумопроизводящих» агрегатов простираются вплоть до экстремальных. Кроме того, в настоящее время уровень шума все чаще регламентируется, например уровень шума, производимый самолетами, подчиняется международным стандартам. В связи с чем возникает необходимость в новых многофункциональных материалах, обладающих свойствами шумогашения и защиты объекта от катастрофических разрушений (бронезащиты) одновременно и работающих при повышенных температурах.
Композиционные материалы на основе карбосилицида титана стойки в условиях экстремальных температур, имеют повышенные по сравнению с традиционной бескислородной керамикой прочностные характеристики, нечувствительны к термоудару и легко поддаются механической обработке, сохраняют высокую химическую устойчивость.
Способность композиционных материалов на основе карбосилицида титана к бронезащите объясняется послойным расположением элементов структуры, что позволяет рассматривать карбосилицид титана как керамический наноламинат с периодом чередования слоев 0,7-1,2 нм. Относительно слабая связь между слоями обусловливает их подвижность в базальной плоскости и позволяет локально в зоне концентрации механических напряжений деформировать (расслаивать) зерна без макроскопического разрушения материала.
Известен ряд композиционных материалов на основе карбосилицида титана, разработанных как за рубежом, например патент US 5942455, С01В 35/04, опубл. в 1999 г., так и в России, например патент RU 2372167, B22F 3/14, С22С 1/05, С22С 29/00, опубл. 10.11.2009.
При получении керамического материала на основе карбосилицида титана используется механосинтез, включающий гомогенизацию, сухое измельчение и твердофазные реакции. Механосинтез проводят в вакуумированной мельнице, в качестве которой используют планетарную мельницу, при массовом соотношении смеси исходных порошков и мелющих шаров 1:15 в циклическом режиме. Для уплотнения механосинтезированной шихты используют горячее прессование, осуществляемое при температуре 1350-1500°С, давлении 5-15 МПа, выдержке 0,5-2 ч, в вакууме или в атмосфере инертного газа.
Известен пористо-волокнистый металлический материал (патент RU 2311262, B22F 3/1, опубл. 27.11.2007), предназначенный для звукопоглащающих конструкций горячего тракта газотурбинного двигателя, выдерживающий температуры 450-600°С.
Для получения пористо-волокнистого металлического материала используют метод войлокования титановых волокон с толщиной, соответствующей характеристикам готового материала, на специализированном оборудовании.
Титановый пористо-волокнистый металлический компонент получают войлокованием и иглопробивкой титановых волокон толщиной 80-120 мкм, обеспечивающих оптимальную пористость и шумопоглощающие свойства. При этом максимальная его ширина может достигать 500 мм.
Техническим результатом заявляемого изобретения является объединение в одном композиционном материале высоких термостойкости и ударной вязкости композиционных материалов на основе карбосилицида титана с эффективной функцией шумогашения титанового пористо-волокнистого компонента.
В пакете бронезащиты, выполняющем одновременно функции защиты от разлетающихся осколков и шумогашения, слой квазипластичной керамики на основе карбосилицида титана погашает энергию летящих осколков, а слой титанового пористо-волокнистого металлического компонента, вследствие высокой пористости, обладает высокими шумогасящими характеристиками и, кроме того, сдерживает разрушение керамического слоя пакета.
Технический результат достигается тем, что в способе получения композиционного материала на основе карбосилицида титана и титанового пористо-волокнистого компонента, включающем создание промежуточных соединительных слоев, согласно техническому решению на поверхности композиционного материала на основе карбосилицида титана создают промежуточный припеченный слой титанового порошка по шликерной технологии, титановый пористо-волокнистый компонент соединяют с припеченным порошковым слоем титана с помощью припоя, причем для приготовления шликера используют титановый порошок с размером частиц менее 160 мкм, толщина наносимого слоя шликера составляет 200-500 мкм.
Для объединения компонентов применяют предварительное нанесение титанового шликера на керамический материал и его термообработку в вакууме и последующую пайку компонентов среднетемпературными припоями.
Способ получения композиционного материала на основе карбосилицида титана заключается в следующем.
Изготовление пакета начинают с приготовления шликера на основе титанового порошка (фракция менее 160 мкм) с добавлением этилового спирта. Шликер замешивают из титанового порошка фракции менее 160 мкм, что обеспечивает его равномерное распределение и достаточную активность. К порошку титана добавляют 5% этилового спирта и растирают в ступке. Затем кистью или шпателем шликер наносят на керамический компонент - композиционный материал на основе карбосилицида титана. Слой шликера имеет толщину 200-500 мкм, достаточную для обеспечения промежуточного слоя для уверенного присоединения титанового пористо-волокнистого компонента. После высыхания керамический компонент пакета подвергают термообработке в среде вакуума (для предотвращения окисления) при температуре 1280-1300°С, необходимой для протекания химического взаимодействия между карбосилицидом титана и частицами титанового шликера.
Объединение керамического и пористо-волокнистого металлического компонентов производят при помощи припоя ВПр28. Порошок припоя наносят на припеченный титановый порошок, сверху устанавливают титановый пористо-волокнистый компонент, конструкцию фиксируют кондуктором и подвергают термообработке при температуре 850-870°С для осуществления пайки.
1/2
Полученный слоистый композиционный материал на основе карбосилицида титана и титанового пористо-волокнистого компонента обладает трещиностойкостью 6-10 МПа·м, коэффициентом звукопоглощения 6-8 дБ на частотах выше 1,6 кГц и может эксплуатироваться при температурах до 400°С.
Таким образом, с помощью заявляемого способа объединили в одном композиционном материале на основе карбосилицида титана и титанового пористо-волокнистого компонента высокие термостойкость и ударную вязкость композиционного материала на основе карбосилицида титана с эффективной функцией шумогашения титанового пористо-волокнистого компонента.