Слоистый керамический материал

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 17617 В 35/58; В 32 В 18/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ У СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОР 2СТЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТ зоп И),С, Сегал)с п 1 егепсе оуз апс 1 Ьацзег 12 - 14,Неезсапб К. Ясогс ОСЬепса Чароцг ОероСогпроцпбз, Ргосееспдзоп СЧО о 1 йе 1 гассогуСогпроцпсз. ЕО, Ьу АбаспЬцгд, Теппеззее, Я1967,ЧЧ. ЯоЬ)п з)с)оп о 1о 1 йе Со Меса)з, А .С, ЯЬа 1 ерсетЬег,(21) 4921166/33(71) Институт структурной макрокинетикиАН СССР(56) Кеегп ЛаЬп 6., РазсЬ,)атез О. Мц)сауегРгосессче Соас)пд апб Мейоб. Очогп)сЯупйесс Масег)аз Со Рас. 4643951 Заявл,02,07.84, М 626663, опублик. 17.02.87, кл,В 32 В 6/02, НКИ 428/469,Бандо Хисанори, Тэрасима Такато. Способ нанесения многослойного покрытия. Кето дайгакуте, Заявка М 61 - 69959, Япония.Заявл. 09,03,84, М 59-46363, опублик,10,04.86, кл, С 23 С 15/08, В 41 М 5/26,Изобретение относится к неорганической химии тугоплавких соединений, которое может быть использовано в оптико-волоконной, электронной, химической промышленностях, а также в области прикладного материаловедения.Известен слоистый керамический материал, полученный путем последовательно ионно-плазменного распыления углерода, молибдена, кремния и карбида молибдена. Каждый из слоев обладает различными функциональными возможностями: один обеспечивает коррозионную стойкость, другой - твердость и износостойкость, третий - ударную прочность и т.д.(57) Изобретение относится к области неорганической химии тугоплавких соединений и может быть использовано в оптико-волоконной, электронной. химической промышленностях, а также в области прикладного материаловедения. Сущность изобретения: слоистый керамический материал на основе аморфного однофазного карбонитрида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях, полученный методом газофазного осаждения, выполнен из системы чередующихся слоев составов Я)зй 4 - хС 1,7 х для х = 0,4 + 1 и х = 1,5 1, причем слои каждого состава равны по толщине, а соотношение слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшим содержанием углерода лежит в пределах 1;5- 1:20. Предел прочности при изгибе полученного материала 308 - 365 кг/мм . 1табл. Недостатком данного материала является то, что он не обеспечивает небольшихзначений прочности на изгиб из-за равнойтолщины слоев различного состава,Известен слоистый керамический материал, состоящий из чередующихся тонкихслоев кобальта и никеля, а также оксидовжелеза и кремния. Известный материал необеспечивает максимальных значенийпрочности на изгиб из-за равной толщиныслоев различного состава,Наиболее близким к заявляемому явля-.ется слоистый керамический материал, состоящий из чередующихся слоеводнофазного карбида бора с различным со10 держанием углерода и слоях. Слои с содержанием углерода 30 и 50 мас,имели толщины 110 и 190 мкм соответственно, при общей толщине материала (1,5 - 2,0).10 мм.з Отношение толщин карбида бора с большим содержанием углерода к слою карбида бора с меньшим содержанием углерода составило 1:0,6. Однако данное отношение толщин не обеспечивает максимального значения прочности на изгиб.Целью изобретения является повышение предела прочности на изгиб слоистого керамического материала.Поставленная цель достигается тем, что в слоистом керамическом материале на основе аморфного однофазного карбонитрида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях, полученных методом газофазного осаждения, согласно изобретению, выполненным из системы чередующихся слоев составов:1 ЗМ 4 С 1,17 х для х = 0,4 - 0,1х=1,5 + 0,1,причем слои каждого состава равны по толщине, а соотношение толщины слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшим содержанием углерода лежит в пределах 1;5 - 1,20,Сущность изобретения заключается в создании керамических слоев, обладающих в связи с различным содержанием углерода в слое различными физическими и прочностными характеристиками, Сочетание слоев с различными свойствами, различной толщины обеспечивает повышение прочностных характеристик материала,Установлено, что система чередующихся слоев составов ЯзК 4 С 1,пх, где, х = 0,4 + + 1 и х = 1,5 .ф. 0,1 с соотношением толщин слоев с большим содержанием углерода и меньшим содержанием углерода, лежащим в пределах от 1:5 до 1:20, приводит к повышению предела прочности при изгибе на 90 - 130 .Слоистый керамический материал, имеющий в своем составе кремний, азот и углерод, получен методом химического осаждения из газовой фазы на нагретую подложку из смеси тетраметилсилана, гидразина и водорода. Содержание углерода в слоях меняют путем изменения температуры осаждения 1180 - 1450 С, составы слоев получают соответственно: ЯэМ 4 С 1,пх для х0,4 + 0,1 и х = 1,50,1.Толщины полученных слоев изменяют в пределах 0,1 - 20 мкм,максимальный диапазон изменения толщин слоев с большим и меньшим содержанием углерода составляет 1;( 0,25 - 25), Суммарная толщина сло 15 20 25 30 35 40 45 50 55 истого материала составляет от 5 до 100мкм,Максимальная прочность на изгиб слоистого керамического материала обеспечивается сочетанием слоев с большим содержанием углерода в слое с повышенной разрывной прочностью и жесткостью, а также слоев с меньшим содержанием углерода в слое, не обеспечивающих прочность на разрыв, но дающих возможность перемещаться слоям. с повышенной жесткостью друг относительно друга,материал состава Язк 4 С 1,пх для х ==0,4 0,1 не является карбонитридом и необеспечивает требуемую жесткость, что непозволяет достигнуть поставленной цели,Повышение содержания углерода в составе однофаэного карбонитрида кремнияформулы ЯзИ 4 С 1,пх для х = 1,50,1 невозможно,Экспериментально обнаружено, что отношение толщины слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшимсодержанием углерода меньше 1:5 и больше1:20 приводит к ухудшению предела прочности на изгиб,Влияние соотношения толщин слоев сбольшим содержанием углерода и меньшимсодержанием углерода иллюстрируется следующими примерами,П р и м е р 1, Слоистый керамическийматериал на основе однофазного карбонитрида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях получаютметодом химического осаждения на нагретую вольфрамовую нить из смеси тетраметилсилана, гидразина и водорода приобщем давлении 600 торр и парциальныхдавлениях тетраметилсилана и гидразина20 и 8 торр соответственно. Температуруповерхности образцы периодически изменяют от 1180 до 1450 С. Время изотермической выдержки образца при низкой ивысокой температурах составляет 28 и 0,1 ссоответственно при общей продолжительности процесса 300 с, Общая толщина сло.истого материала составляет 10 мкмотношение толщин слоев двух состаеоЯзМ 4 С 1,17 х для х = 0,4 + 0,1 и х = 1,50,1соответственно, составляет 1;14,2. Пределпрочности на изгиб ( оизг ) слоистого керамического материала, измеряемый по трехточечной схеме, с базой, равной 2,13 ммсоставляет 365 кгlмм,В таблице приведены другие примерьслоистого керамического материала с указанием необходимых параметров.По сравнению с известными слоистымматериалами (примеры 8, 9) заявляемы1761723 го керамического материала Отношение составов слоев Отношение толщин с большим со-, держанием углерода именьшим содержанием кислорода Пример Общаятолщинамногослойногого Примечание Предел прочности наизгиб, кг смз материала, мкм 1 Х 7 6 С тб . з 611 з 6 Со,я Слоистый керамичматериал ки ЯзЮ 76 С 76. Я 1 б 77,6 С .76Яб 777 .С 76, Я 37776 С,76Я 3 7,6 С 164б 7,467 Я 71777,6 С.76 Я,17, б С, Яз 1 17 з6 С щ 47 Я 1377 З 6 Са,47 Язб 11 э,б Со,ят ЯЗ 11 Ът С,вб Я 7 З 11 в,б Се,69 32 1:г4 1:4 5 1:2 31 31 нием нием 1 О 250 нослои с содержалерода 14-16 мас 1 б 17 З б С 7 онослой с содержауглерода 3-5 мас.б 1:О Я 776 С 76. ЯЪ 113 6 Саят 1 О гго Слоистый керамический материал Прототип - слоистый керамический материал из карбидбора;о,6 вс: вс 16 о р и м е ч а н и е. точность измерения величины х обусловлена точностью метода определения его содержания,оставитель С.Лапенковехред М.Моргентал Корректор М,Максимишинец дакт Заказ 3231 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 бинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 изводственно-издательский г слоистый керамический материал имеетпредел прочности при изгибе в 1,2 - 1,4 разавыше, Он может быть использован при получении высокомодульных волокон, используемых в качестве упрочняющих элементов 5композиционных материалов, в качествепрочных, стойких к ударам, тугоплавких,коррозионностойких и химически инертныхпокрытий на поверхности деталей и машин,а также в качестве стойких покрытий безкорпусных приборов и устройств,Формула изобретенияСлоистый керамический материал наоснове аморфного однофазного карбонитПредел прочности на изгиб слоисто рида кремния с различным содержанием углерода в чередующихся слоях, полученный методом газофазного осаждения, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения предела прочности на изгиб, он выполнен из системы чередующихся слоев составов Я 1 зМ 4-хС 1,17 х соответственно с х = 0,4+ 0,1 и х = 1,5+ 0,1, причем слои каждого состава равны по толщине, а соотношение толщины слоя с большим содержанием углерода к толщине слоя с меньшим содержанием углерода лежит в пределах от 1:5 до 1;20.