Формирование матриц композиционных материалов из карбидов, нитридов и боридов кремния методом пиролиза полимерных прекурсоров

Для осуществления проектов перспективных конструкций аэрокосмической техники необходимо создание новых композиционных материалов (КМ), способных обеспечить надежную работу деталей и узлов из них при многократной и длительной эксплуатации в условиях высоких температур, агрессивных сред, эрозионных потоков. К числу таких КМ относятся углерод-керамические композиционные материалы (УККМ), которые имеют высокую удельную прочность при повышенных температурах в сочетании с высокой эрозионной и окислительной стойкостью. Широко распространенной, изученной и отработанной годами технологией при получении УККМ является технология формирования керамической матрицы методом химического осаждения из газовой фазы. При изготовлении УККМ для особо теплонагруженных узлов аэрокосмической техники чаще всего применяются углеродные волокна, а наиболее распространенными считаются композиты класса Cf/SiCm, так как углеродный каркас обладает высокими физико-механическими характеристиками, а карбидокремниевая матрица обеспечивает окислительную стойкость в достаточно широком интервале температур. Однако для материала, полученного таким методом, характерен градиент свойств, связанный с различной скоростью осаждения на поверхности и в объеме материала. Это означает невозможность насыщения толстостенных деталей. Кроме того, процесс осаждения из газовой фазы имеет низкие экономические показатели и требует продолжительного времени для формирования высокоплотного материала (600 - 900 ч непрерывной работы оборудования). В настоящее время в мире активно развивается метод формирования керамической матрицы с использованием нового сырьевого ресурса - предкерамического полимера - путем пропитки преформы (каркаса, пористого тела) и пиролиза (процесс ППП). Известно, что введение в систему Si-C азота и бора приводит к образованию карбида бора, нитрида и боридов кремния, которые существенно повышают свойства керамической матрицы, в том числе и стойкость в окислительных средах. Исследования в области керамоматричных КМ, полученных с применением PIP-способа, позволяющие существенно расширить диапазон керамических матриц по химическому составу и, соответственно, область применения КМ за счет снижения времени изготовления и стоимости, относятся к актуальным и приоритетным. Исследованы зависимости кинетики получения и фазового состава высокоплотных КМ от технологических параметров. Показано определяющее влияние давления и соотношения компонентов в исходном полимере на состав и скорость формирования керамической матрицы КМ.