Суспензія для просочування графітової тканини в багатошарових пластинах

Реферат: Суспензія для просочування графітової тканини в багатошарових пластинах має лампову сажу, діоксид кремнію та кремній. Додатково суспензія має карбід цирконію і силіцид тетрабору. UA 119693 U (12) UA 119693 U UA 119693 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить області конструкційної кераміки, зокрема суспензій для просочування графітової тканини при способі гарячого пресування багатошарових пластин, які працюють в умовах механічного ударного навантаження. Відомий склад суспензії для просочування графітової тканини в багатошарових пластинах з карбіду бора, які експлуатуються в умовах критичних ударних навантажень, що отримані шляхом брикетування окремих шарів, укладання між ними графітової тканини, просоченої суспензією, що містить компоненти, мас. %: лампова сажа - 18-24; нітрид кремнію - 5-10; діоксид кремнію - 4-10; кремній - решта (Авт. св. СРСР № 1550854, МПК С04В 35/56, 15.11.1989 р.) Недоліком даної суспензії для просочування графітової тканини є низька міцність силіційованого шару, який утворюється в процесі гарячого пресування багатошарової пластини карбіду бору, що призводить до низького критерію бронестійкості. Найбільш близьким до заявляємої корисної моделі є склад суспензії, який використовується у «Способі отримання багатошарових пластин на основі карбіду бору з підвищеною бронестійкістю» (Патент України № 115036, МПК С04В 35/56, бюл. № 1, від 10.01.2017) для просочування графітової тканини в наступному співвідношенні компонентів, мас. %: лампова сажа 10-20 діоксид кремнію 5-10 аморфний бор 5-10 силіцид титану 10-25 кремній решта. Такий склад суспензії дозволить в процесі гарячого пресування одержати перехідний силіційований шар із включеннями із частинок бориду титану. Фаза ТІВ2, що утворюється в процесі хімічних реакцій, у перехідному силіційованому шарі (роздільному шарі) з фазовим складом В4С - SiC - ТІВ2 на кордоні з карбідом бору створює поля мікронапруг, які в свою чергу підвищують міцність і тріщиностійкість багатошарових пластин. Недоліком даного складу суспензії є недостатня міцність та тріщиностійкість перехідного шару між графітовою тканиною та пластиною з карбіду бора, і як наслідок, недостатній критерій бронестійкості. Задачею корисної моделі «Суспензія для просочування графітової тканини в багатошарових пластинах» є збільшення коефіцієнта тріщиностійкості перехідного шару і, як наслідок цього, збільшення критерію бронестійкості багатошарових пластин з карбіду бору. Поставлена задача вирішується тим, що в суспензію для просочування графітової тканини в багатошарових пластинах, в процесі гарячого пресування багатошарових пластин, яка містить лампову сажу, діоксид кремнію та кремній, згідно з корисною моделлю, додатково вводять карбід цирконію і силіцид тетрабору, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: лампова сажа 10-15 діоксид кремнію 5-10 силіцид тетрабору 10-25 карбід цирконію 10-25 кремній решта. Суть корисної моделі полягає в тому, що в процесі гарячого пресування багатошарових пластин на кордоні з карбідом бору утворюється розчин карбіду кремнію і карбіду бору з включеннями частинок бориду цирконію, які утворюються в результаті хімічних реакцій: В4С + 2ZrC  2ZrB2 + 3С (1); В4С + 2ZrC + B4Sі  В4С + 2ZrB2 + SiC+ С (2). -6 -1 Частинки ZrB2 мають коефіцієнт термічного розширення (т = 6,510 К ), це призводить до того, що в результаті процесу гарячого пресування у перехідному силіційованому шарі утворюються поля мікронапруги, згідно з формулою: r  m  (3) m  m  r   1  m     1  2p  2m   p      - розтягуюче напруження, МПа; m  40  r m - стискаюче напруження, МПа;  m - коефіцієнт Пуассона для матриці (прийнято 0,25 для частинок і матриці);  p - коефіцієнт Пуассона для частинки; -1  m - коефіцієнт термічного розширення матриці К ; 1 UA 119693 U  p - коефіцієнт термічного розширення частинок К-1; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55  m - модуль Юнга матриці, ГПа;  r - модуль Юнга матриці, ГПа. Як результат, коефіцієнт тріщиностійкості (К1с) перехідного шару з частинками ZrВ2 на кордоні графітової тканини з пластинами карбіду бору вище ніж в присутності частинок ТіВ2 та 1 1 складає 6,7 МПАм /2 і 6,1 МПАм /2, відповідно. Внаслідок збільшення коефіцієнта тріщиностійкості збільшується бронестійкість пластин з карбіду бору (Journal of the American Ceramic Society - G.C.WEI-P.F BECHER. - Vol. 67. № 8. - Р. 571-573). Приклад одержання зразків. З порошку карбіду бору брикетують пластини, після чого графітову тканину просочують суспензією заявленого складу і укладають між пластинами. Заготівку розміщують в графітовій пресформі і проводять гаряче пресування при температурі 2015-2150 °С під тиском 30 МПа протягом 25 хвилин. Одержані зразки були використані для визначення коефіцієнта тріщиностійкості К1с. При вимірюванні коефіцієнта тріщиностійкості Кіс в перехідному шарі В4С-ZrB2, був використаний метод кількісного визначення Кіс по всій довжині тріщини у вершин відбитків твердості (HV/ запропонований Євансом в праці Evans A.G., Charles E.A. /Fracture Toughness Determination by Indentations. - J.Amer.Cer.Soc., 1976, v.59, 57/8, p.371-372. Використання цього методу в тонких анізотропних карбідних і боридних шарах експериментально обгрунтовано в роботі: Бякова А.В., Горбач В.Г., Власов А.А. Оцінка міцності боридних покриттів на металах та сплавах по критеріям руйнування. Надтверді матеріали. 1986, № 3. с.51-55.). Приклади випробування зразків з використанням суспензії. Отримані зразки випробували на пулестійкість, в якості засобів бронезахисту. Випробування проводилося із застосуванням гвинтівки СВД 7,62 мм, патрон 7-БЗ-3 з кулею БЗ2, тип сердечника спеціальний масою 10,4 грама зі швидкістю 835-870 метрів в секунду, дальністю 5-10 метрів. Оцінювалися зразки з карбіду бору різного співвідношення компонентів. Приклад 1. Для отримання багатошарових пластин на основі карбіду бору брикетують дві пластини з порошку. Графітову тканину просочують суспензією складу: Si - 41 мас.%; ZrC - 29 мас.%; SiО2 - 10 мас.%; С - 9 мас.%; B4Si -11 мас.%, товщина 1,6 мм. Потім тканину укладають між пластинами, заготовку розміщують в графітову пресформу і проводять гаряче пресування при температурі 2150 °С під тиском 30 МПа протягом 30 хвилин. Отримані при цьому зразки не мають необхідних характеристик бронестійкості. При товщині багатошарової пластини 13,5 мм, зразок був пробитий. Приклад 2. Для отримання багатошарових пластин на основі карбіду бору брикетують дві пластини з порошку. Графітову тканину просочують суспензією складу: Si - 45 мас.%; ZrC - 25 мас.%; SiO2 - 10 мас. %; С - 10 мас. %; B4Sі - 10 мас. %, товщина 1,2 мм. Потім тканину укладають між пластинами, заготовку розміщують в графітову пресформу і проводять гаряче пресування при температурі 2150 °С під тиском 30 МПа протягом 30 хвилин. Отримані при цьому зразки мають необхідні характеристики бронестійкості. При товщині багатошарової пластини 13,5 мм, зразок не був пробитий. Приклад 3. Для отримання багатошарових пластин на основі карбіду бору брикетують дві пластини з порошку. Графітову тканину просочують суспензією складу: Si - 48 мас.%; ZrC -16 мас.%; SіО2 - 7 мас.%; С - 12 мас.%; В4Sі - 17 мас.%, товщина 1,2 мм. Потім тканину укладали між пластинами, заготовку розміщували в графітову пресформу і проводили гаряче пресування при температурі 2150 °С під тиском 30 МПа протягом 30 хвилин. Отримані при цьому зразки мають необхідні характеристики бронестійкості. При товщині багатошарової пластини 10,5 мм, зразок не був пробитий. Приклад 4. Для отримання багатошарових пластин на основі карбіду бору брикетують дві пластини з порошку. Графітову тканину просочують суспензією складу: Si - 45 мас.%; ZrC - 10 мас. %; SiO2 - 5 мас.%; С - 15 мас.%; B4Si - 25 мас. %, товщина 1,2 мм. Потім тканину укладали між пластинами, заготовку розміщували в графітову пресформу і проводили гаряче пресування при температурі 2150 °С під тиском 30 МПа протягом 30 хвилин. Отримані при цьому зразки мають необхідні характеристики бронестійкості, при товщині багатошарової пластини 11,0 мм. Зразок не був пробитий. Приклад 5. Для отримання багатошарових пластин на основі карбіду бору брикетують дві пластини з порошку. Графітову тканину просочують суспензією складу: Si - 62 мас. %; ZrC - 8 мас. %; SіО2 - 4 мас. %; С - 21 мас. %; B4Si - 5 мас. %, товщина 1,5 мм. Потім тканину укладали між пластинами, заготовку розміщували в графітову пресформу і проводили гаряче пресування при температурі 2150 °С під тиском 30 МПа протягом 30 хвилин. Отримані при цьому зразки 2 UA 119693 U 5 мають необхідні характеристики бронестійкості, при товщині багатошарової пластини 12,5 мм. Зразок не був пробитий. Перевага даного складу суспензії полягає в тому, що він дозволяє, при мінімальних витратах, істотно підвищити критерій бронестійкості матеріалу. Дані випробувань наведені в таблиці. Таблиця Вміст компонентів в суспензії мас. % № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 10 Si ZrC SiO2 С B4Si 41 45 48 45 62 Прототип 66 29 25 16 10 8 10 10 7 5 4 8 9 10 12 15 21 15 11 10 17 25 5 Товщина шару суспензії, мм 1,6 1,2 1,2 1,2 1,5 1,0 Критерій бронестійкості М, 2 (ГПа·м)  К/кг 3 5,5010 3 5,9710 3 6,2010 3 6,0010 3 5,7010 3 5,9510 Склад суспензії, що запропонований, дозволяє отримувати конструкційну кераміку, а саме багатошарові пластини на основі карбіду бору, з яких виготовляють вироби, а саме балістичну броню з низькою вагою та з високими показниками твердості та бронестійкості, яка працює в умовах механічного ударного навантаження. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Суспензія для просочування графітової тканини в багатошарових пластинах, яка містить лампову сажу, діоксид кремнію та кремній, яка відрізняється тим, що додатково містить карбід цирконію і силіцид тетрабору, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: лампова сажа 10-15 діоксид кремнію 5-10 силіцид тетрабору 10-25 карбід цирконію 10-25 кремній решта. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3