Пигмент для светоотражающих покрытий

 

Изобретение относится к светоотражающим покрытиям и может быть использовано в летательных аппаратах космической техники. Сущность изобретения заключается в том, что пигмент для светоотражающих покрытий содержит диоксид кремния в аморфном или кристаллическом состоянии в количестве 93-99 мас.% и диоксид кремния в количестве 1-7 маc.%, со средним размером гранул в смеси 5-110 мкм. Изобретение позволяет снизить величину изменения интегрального коэффициента поглощения при радиационном воздействии излучения в светоотражающем покрытии. 2 табл.

Изобретение относится к светоотражающим покрытиям класса "солнечные отражатели" и может быть использовано в летательных аппаратах космической техники.

Известно покрытие, содержащее диоксид циркония и микродобавку Sr [1- 522138 A, 1976] для повышения стойкости к световому излучению. Роль микродобавки состоит в захвате и анигиляции возникающих при облучении дефектов, однако она не достаточно эффективна.

Известен пигмент на основе диоксида циркония, содержащий микродобавку SrSiO₃ [2- Изв. АН СССР. Неорганические материалы. - 1988, т. 24, N 6, с. 960 - 963] в количестве 1%, в котором в результате предварительного обжига образовывалось соединение цирконат стронция ZrO₂ + SrSiO₃ ---> SrZrO₃ + SiO₂, при этом обеспечивался лучший контакт между поверхностью зерен ZrO₂ и оксидом стронция за счет образования химического соединения, но диоксид кремния при этом не играл роли защитного слоя.

Этот недостаток устраняется в [3- Изв. АН СССР. Неорганические материалы. - 1990, т. 26, N 9, с. 1889 - 1892]? который выбран в качестве прототипа. В указанном изобретении на поверхность гранул ZrO₂ наносится монослой SiO₂ методом молекулярного наслаивания за счет разложения тетрахлорида кремния SiCl₄ + (n + 2)H₂O ---> SiO₂ · nH₂O + 4HCl.

При этом в отличие от [2] образуется защитная аморфная пленка SiO₂ · nH₂O, из которой путем прогрева при 670^oC на воздухе удаляют воду. Если же наращивать несколько слоев, то метод не дает предполагаемого эффекта.

Причиной этого является нарушение сплошности пленки в процессе дегидратации при нагреве за счет ее отслаивания на части поверхности зерен.

Характеристикой стойкости пигмента к действию излучения является интегральный коэффициент поглощения (a_s), вычисляемый по формуле: a_s = 1 - R, где R - коэффициент диффузного отражения.

Задачей изобретения является уменьшение величины изменения интегрального коэффициента поглощения Δa_s при радиационном воздействии излучения в светоотражающем покрытии на основе ZrO₂.

Указанная цель достигается тем, что в пигменте для светоотражающего покрытия, включающем двухкомпонентную смесь ZrO₂ и SiO₂, согласно изобретению диоксид кремния берется в аморфном или кристаллическом состоянии, со средним размером гранул в смеси в пределах 50 - 110 мкм, а общее массовое соотношение компонентов берется в пределах, мас.%: ZrO₂ - 93 - 99 SiO₂ - 1 - 7 Действительно, количество SiO₂, выделившееся в результате реакции (1) в [2] , составляет 0,395% или приблизительно 0,4 г на 100 г ZrO₂, а тот же компонент в [3] содержится еще в меньшем количестве, поэтому защитная роль SiO₂ ослаблена за счет малого числа контактов.

Увеличение числа контактов между зернами ZrO₂ и SiO₂ достигается введением большего массового количества кристаллического SiO₂ как в [2] или аморфного SiO₂ как в [3] , а для равномерности распределения компонентов производится перемешивание смеси на валковой мельнице с уралитовыми шарами.

Сравнительные результаты, подтверждающие стойкость к действию УФ-излучения, представлены в таблице 1, где Δa_s определялся после облучения покрытия солнечным светом в имитаторе типа "Спектр-1" [4]. Доза излучения соответствовала 170 э.с.с. (1 э.с.с - эквивалентные солнечные сутки = 0,14 Вт/см²). Данные из работы [3] получены экстраполяцией зависимости Δa_s от времени облучения.

Правый предел концентраций, соответствующий значению C_SiO = 10% связан с тем, что формирование слишком толстого слоя приводит к тому, что начинают поглощать частицы SiO₂, а не ZrO₂.

Известно, что коэффициент отражения состоит из двух частей [5]: поверхностного отражения - ρ_s и объемного отражения - ρ_v, то есть ρ = ρ_s+ρ_v. При измельчении материала при некотором размере частиц δ < 10 мкм вклад в ρ дает объемная часть, а при δ > 10 мкм увеличивается поверхностная составляющая, что определяет нижнюю границу эффекта. При увеличении размеров порошка растет шероховатость поверхности и светорассеяние, что сильно уменьшает значение ρ_s. Данный фактор определяет верхнюю границу средних размеров заявленного изобретения.

Таким образом, существует два максимума на зависимости ρ от размера частиц, между которыми должно находиться минимальное значение, определяемое экспериментально. В таблице 2 показано влияние среднего размера гранул r на изменение коэффициента поглощения для состава пигмента ZrO₂ + 2SiO_2.
Средний размер зерна рассчитывали, исходя из функции распределения массовой доли гранул по размерам. α_i(r) в данном интервале r_i - r_i+1
r = Σ α_i(r)r_i.
Функцию распределения получали на приборе фирмы "Analizette".

Пример 1. Смесь порошков диоксида циркония и диоксида кремния, содержащую 1 мас. % SiO₂, смешивают на валковой мельнице с уралитовыми шарами в течение 3 часов, а затем помещают в муфельную печь и ведут нагрев со скоростью 200^o/час. По достижении 900^oC производят выдержку в течение 1 часа, а затем охлаждение смеси до T = 20^oC в течение 8 - 10 часов.

Пример 2. Смесь порошков диоксида циркония и диоксида кремния, содержащую 7 мас. % SiO₂, смешивают на валковой мельнице с уралитовыми шарами в течение 6 часов, а затем помещают в муфельную печь и ведут нагрев со скоростью 200 ^o/час. По достижении 1000^oC производят выдержку в течение 0,5 часа, а затем охлаждение смеси до T = 20^oC в течение 8 - 10 часов.

Источники иформации, принятые во внимание:
1. Ремпель С.И., Дрикер Б.Н., Рутман Д.С. и др. Способ получения стабилизированной двуокиси циркония. А.с. 522138 СССР // Б.Н. 1976, N 3, с. 66.

2. Савельев Г.Г., Иванов Г.Ф., Стась Н.Ф. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы 1988, т. 24, N 6, с. 960 - 963.

3. Михайлов М.М., Кузнецов Н.Я., Стась Н.Ф. и др. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1990, т. 26, N 9, с. 1889 - 1892.

4. Косицын Л. Г., Михайлов М.М., Кузнецов Н.Я., Дворецкий М.И. // ПТЭ. 1985, N 4, с. 176 - 180.

5. Гуревич М. М., Ицко Э.Ф., Середенко М.М. Оптические свойства лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1984, 120 с.

Формула изобретения

Пигмент для светоотражающих покрытий, содержащий смесь диоксида циркония с диоксидом кремния, отличающийся тем, что он содержит диоксид кремния в аморфном или кристаллическом состоянии при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Диоксид циркония - 93 - 99
Диоксид кремния - 1 - 7
со средним размером гранул в смеси 5-110 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1