КЕРАМИЧЕСКОЕ СОТОВОЕ ТЕЛО ДЛЯ ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИЙ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1. Сотовое тело (1) из композиционного материала для легких огнестойких конструкций, а именно, для использования в качестве заполнителя (41) или изготовления заполнителя (41) между двумя покровными слоями (44) легкой сэндвичевой конструкции, причем сотовое тело (1) содержит сотовые ячейки (12), в частности, с многоугольным поперечным сечением в плоскости L/W, предпочтительно приблизительно шестиугольным поперечным сечением, при этом стенки (13) ячеек сотовых ячеек (12) изготовлены из композиционного материала, причем композиционный материал по меньшей мере содержит:
- основу, в частности, из плетеной или безуточной однонаправленной ткани, выполненной из волокон, и
- матрицу, причем основа внедрена в матрицу,
отличающееся тем, что матрица содержит керамический материал на основе кремния, выбранный из группы, состоящей из карбида кремния, оксикарбида кремния, нитрида кремния, карбонитрида кремния и карбонитрида кремния-бора, причем по всей высоте стенок (13) ячеек в направлении T, перпендикулярном плоскости L/W, матрица имеет массовую долю керамического материала на основе кремния, составляющую по меньшей мере 30 вес.%, в частности по меньшей мере 40 вес.%, а предпочтительно более 80 вес.%.
2. Сотовое тело (1) по п. 1, отличающееся тем, что массовая доля керамического материала на основе кремния в матрице в центральной области вдоль направления T отличается от массовой доли керамического материала на основе кремния в матрице в концевых областях по высоте стенок (13) ячеек менее чем на 20 вес.%, в частности менее чем на 10 вес.%, а предпочтительно менее чем на 1 вес.%.
3. Сотовое тело (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что массовая доля свободного кремния в матрице составляет не более 15 вес.%, в частности не более 10 вес.%, предпочтительно не более 2 вес.%, а особенно предпочтительно 0,5 вес.%.
4. Сотовое тело (1) по любому одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что массовая доля свободного углерода в матрице составляет по меньшей мере 1 вес.%, в частности по меньшей мере 10 вес.% и/или не более 25 вес.%.
5. Сотовое тело (1) по любому одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что массовая доля основы в композиционном материале составляет от 5 вес.% до 80 вес.%, а предпочтительно от 10 вес.% до 50 вес.%.
6. Сотовое тело (1) по любому одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что основа изготовлена из волокон, и в частности, из плетеной ткани, предпочтительно из однослойной плетеной ткани, а особенно предпочтительно из ткани с льняным плетением.
7. Сотовое тело (1) по п. 6, отличающееся тем, что волокна основы являются углеродными волокнами и/или керамическими волокнами.
8. Сотовое тело (1) по п. 6, отличающееся тем, что волокна основы являются стеклянными волокнами, предпочтительно кремниевыми стеклянными волокнами, а особенно предпочтительно кварцевыми стеклянными волокнами.
9. Сотовое тело (1) по одному из пп. 6-8, отличающееся тем, что тонкость волокон материала основы составляет от 1K до 50K, в частности от 3K до 12K, а особенно предпочтительно 3K.
10. Сотовое тело (1) по любому одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что сотовые ячейки (12) являются шестиугольными, в частности шестиугольными со свободным диаметром в плоскости L/W ≤ 50 мм, в частности ≤ 19,2 мм, предпочтительно ≤ 9,6 мм, а особенно предпочтительно ≤ 3,2 мм.
11. Способ изготовления сотового тела (1), в частности по п. 1, включающий:
- обеспечение материала (21) основы, в частности плетеной или безуточной однонаправленной ткани, выполненной из волокон,
- формование материала (21) основы в основу (24) в виде сотовой структуры с сотовыми ячейками, стенки ячеек которой образованы из материала (21) основы, в частности, его формование в сотовый блок (24) методом вытяжки,
- пропитку основы (24) углеродсодержащей матричной смесью (25), содержащей диспергированные частицы кремния, так что стенки ячеек сотовых ячеек пропитываются содержащей частицы кремния матричной смесью (25) для получения соответствующей сотовой заготовки (26),
- нагрев пропитанной сотовой заготовки (26) до температуры пиролиза и карбонизацию матрицы и
- нагрев до температуры силицирования для приведен в жидкое состояние частиц кремния и силицирования карбонизированной матрицы с целью образования карбида кремния.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что материал (21) основы изготовлен в виде воздухопроницаемой волокнистой структуры с открытыми порами и, в частности, содержит углеродные волокна и/или керамические волокна.
13. Способ изготовления сотового тела (1), в частности по п. 1, включающий:
- обеспечение материала (21) основы, в частности плетеной или однонаправленной ткани, выполненной из волокон,
- формование материала (21) основы в основу (24) в виде сотовой структуры с сотовыми ячейками, стенки ячеек которой образованы из материала (21) основы, в частности, его формование в сотовый блок (24) методом вытяжки,
- пропитку основы (24) матричной смесью (25), содержащей по меньшей мере один кремнийсодержащий предшественник полимера, в частности, поликарбосилан, поликарбосилоксан, полисилоксан, полисилазан, полисилан, поликарбосилазан, сополимер с двумя или более из вышеуказанных соединений и/или смесь с двумя или более из вышеуказанных соединений, так что стенки ячеек сотовых ячеек пропитываются матричной смесью (25 для получения соответствующей сотовой заготовки (26),
- нагрев пропитанной сотовой заготовки (26) до температуры пиролиза, в частности, до температуры пиролиза ≤ 1100°C, предпочтительно ≤ 1000°C, а особенно предпочтительно ≤900°C, для образования матрицы, содержащей керамический материал на основе кремния.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что материал (21) основы изготовлен в виде воздухопроницаемой волокнистой структуры с открытыми порами и, в частности, содержит стеклянные волокна, предпочтительно кремниевые стеклянные волокна, а особенно предпочтительно кварцевые стеклянные волокна.
15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что матричная смесь (25) содержит полиборазилен.
16. Способ по одному из пп. 11-15, отличающийся тем, что перед формованием материал (21) основы содержит плетеную ткань, в частности однослойную плетеную ткань и/или ткань с льняным плетением с пористостью от 2 об.% до 40 об.%, а предпочтительно от 20 об.% до 30 об.% и/или с размером сетки от 100 до 800 мкм, а предпочтительно от 200 до 500 мкм.
17. Способ по одному из пп. 11 или 12, отличающийся тем, что частицы кремния имеют распределение размера зерен от 0,001 до 1 мм, в частности от 0,008 до 0,09 мм.
18. Способ по одному из пп. 11, 12 или 17, отличающийся тем, что массовая доля частиц кремния в матричной смеси (25) составляет от 20 вес.% до 60 вес.%, а предпочтительно от 25 вес.% до 45 вес.%.
19. Способ по одному из пп 11-18, отличающийся тем, что матричная смесь (25) содержит по меньшей мере один предшественник для термоусадочного полимера, в частности эфир и/или фенольную смолу.
20. Способ по одному из пп. 11-19, отличающийся тем, что за пропиткой следует этап частичного или полного отверждения, причем сотовую заготовку (26), пропитанную матричной смесью (25), по меньшей мере предварительно отверждают путем теплового воздействия.
21. Способ по одному из пп. 11-20, отличающийся тем, что основу изготавливают в виде сотового блока (24) способом вытяжки, включающим следующие этапы:
- обеспечение плоского материала (21) основы, в частности в виде рулона,
- нанесение параллельных полос адгезива (22), которые проходят в направлении T или в направлении ширины рулона и разнесены друг от друга на постоянные расстояния в направлении L или продольном направлении рулона, перпендикулярном направлению T,
- разрезание рулона на листы,
- укладку листов друг на друга для образования стопки (23),
- частичное или полное отверждение адгезива, например под воздействием давления и/или тепла, так что стопка (23) соединяется для образования когезионного блока, и
- вытяжку стопки в направлении W или в направлении высоты стопки, так что получается сотовый блок (24) с сотовыми ячейками.
22. Способ по одному из пп. 11-21, отличающийся тем, что матричная смесь (25) содержит диспергированные добавки, такие как, например, нитрид бора, карбид кремния, нефтяной кокс, стекло и/или, например, короткие волокна, углеродные нанотрубки или наночастицы с высоким содержанием углерода.
23. Способ по одному из пп. 11-22, отличающийся тем, что перед или после пиролиза или после силицирования сотовое тело (1) разрезают на сотовые пластины (29) перпендикулярно стенкам ячеек сотовых ячеек, в частности, перпендикулярно направлению T.
24. Термостойкая, в частности, огнестойкая, легкая сэндвичевая конструкция, содержащая заполнитель, соединенный с двумя покровными слоями, в частности, из композиционного керамического волокнистого материала, отличающаяся тем, что заполнитель содержит сотовое тело (1) по одному из пп. 1-11.
25. Сотовая заготовка (26) в качестве промежуточного продукта для изготовления сотового тела (1) из армированной волокнами карбидной керамики, причем сотовая заготовка (26) содержит сотовые ячейки, в частности, с многоугольным поперечным сечением в плоскости L/W, при этом стенки ячеек сотовых ячеек изготовлены из материала основы, в частности, из плетеной или безуточной однонаправленной ткани, пропитанной углеродсодержащей матричной смесью, отличающаяся тем, что матричная смесь содержит диспергированные частицы кремния, причем массовая доля частиц кремния в матричной смеси в центральной области по высоте стенки ячеек вдоль направления T, перпендикулярного плоскости L/W, отличается от массовой доли частиц кремния в матричной смеси в концевых областях по высоте стенок ячеек менее чем на 20 вес.%, в частности менее чем на 10 вес.%, а предпочтительно менее чем на 1 вес.%.
26. Сотовая заготовка по п. 25, отличающаяся тем, что матричная смесь имеет массовую долю частиц кремния от 20 вес.% до 60 вес.%, а предпочтительно от 25 вес.% до 45 вес.%.
27. Сотовая заготовка по п. 25 или 26, отличающаяся тем, что матричная смесь содержит по меньшей мере один предшественник для термоусадочного полимера, в частности фенольную смолу.
28. Сотовая заготовка по одному из пп. 25-27, отличающаяся тем, что частицы кремния имеют распределение размера зерен от 0,001 до 1 мм, в частности от 0,008 до 0,09 мм.