Модификатор для светоотражающих покрытий на основе диоксида циркония

 

Изобретение может быть использовано при изготовлении летательных аппаратов космической техники. Пигмент ZrO2 покрывают 4 мас.% модифицирующего монослоя. Состав модификатора, мас.%: SiO2кр 23-75; SiO2nH2O 77-25. Пигмент имеет повышенную устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Изменение интегрального коэффициента поглощения (as) 0,042-0,073. 1 табл.

Изобретение относится к модифицированию пигментов и может быть использовано для получения светоотражающих покрытий, применяемых в летательных аппаратах космической техники.

Известен модификатор для диоксида циркония - SrO [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] для повышения стойкости к световому облучению, роль которого состоит в захвате и анигиляции возникающих при облучении дефектов. Однако данный модификатор не достаточно эффективен, так как создает дополнительное светорассеяние на границах. Величина светорассеяния S согласно теории Релея выражается формулой [Ландберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976, 926 с.] где A - коэффициент, зависящий от длины волны, объема и числа рассеивающих частиц и расстояния до источника; П,М - диэлектрическая проницаемость пигмента и модификатора, соответственно.

Известен модификатор для диоксида циркония [Михайлов М.М., Кузнецов Н.Я. , Стась Н.Ф. и др.// Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1990, т. 26, N 9, с. 1889-1892] , который выбран в качестве прототипа. Он представляет из себя диоксид кремния, который наносится на поверхность гранул ZrO2 методом молекулярного наслаивания по реакции SiCl4 + (n+2)H2O ---> SiO2 nH2O + 4HCl (2) В дальнейшем происходят нагревание до 670oC на воздухе для удаления воды и образование монослоя, который дает меньшее рассеяние света по сравнению со SrO.

Но при наращивании нескольких слоев метод не дает предполагаемого эффекта. Причиной этого являются нарушение сплошности пленки в процессе дегидратации при нагреве и нарушение оптического контакта за счет отслаивания части ее на поверхности зерен пигмента.

Характеристикой стойкости пигмента к действию излучения является интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения as, вычисляемый по формуле as = 1-R, (4) где R - интегральный коэффициент диффузного отражения.

Задачей изобретения является повышение устойчивости к облучению за счет уменьшения изменений интегрального коэффициента поглощения (aS) при воздействии излучения на светоотражающее покрытие, содержащее пигмент ZrO2 и модификатор SiO2.

Указанная задача достигается тем, что модификатор для светоотражающих покрытий на основе ZrO2, включающий соединение кремния для создания модифицированного монослоя, согласно изобретению состоит из кристаллического диоксида кремния SiO2кр и кристаллогидрата SiO2nH2O при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO2кр - 23 - 75
SiO2nH2O - 77 - 25
обеспечивающих создание зернистого монослоя вокруг зерен пигмента ZrO2.

Предположим, что зерно ZrO2 имеет кубическую форму объемом r3, тогда поверхность, на которой происходит контакт между зерном ZrO2 и зернами SiO2, будет равна 6 г2, а если будет плотно упакованный монослой SiO2, то его объем равен 6 г2 r.
Количество введенного модификатора на массе, достаточного для заполнения этого слоя равно

а масса зерна пигмента равна

где - плотность модификатора, см3;
r прирост размера зерна, см.

Экспериментально измеренный методом секущих средний размер частиц пигмента rn равен 104 мкм. Толщина слоя покрытия должна составлять 1-2 мкм, что соответствует пробегу вторичных электронов.

В этом случае отношение масс модификатора и пигмента (), согласно (5, 6), равно

где SiO2 = 2,65г/см3,ZrO2 = 5,73г/см3.
Для толщины слоя 1 мкм величина будет в 2 раза меньше, но из-за неплотности упаковки его надо несколько больше, поэтому в эксперименте брали = 4%.

Сравнительные результаты, подтверждающие стойкость к действию УФ-излучения пигмента с различными модификаторами, представлены в таблице 1.

Значения aS определяли после облучения солнечным светом в имитаторе типа "Спектр-1" [Косицын Л.Г., Михайлов М.М., Кузнецов Н.Я., Дворецкий М.И. //ПТЭ, 1985, N 4, с. 176-180]. Доза излучения соответствовала 170 э.с.с. (1 э. с. с. - эквивалентные солнечные сутки, равные 0,14 Вт/см2). Данные из работы [Михайлов М.М., Кузнецов Н.Я., Стась Н.Я. и др.//Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1990, т.26, N 9, с.1889-1892] получены экстраполяцией зависимости aS от времени облучения.

Максимальное значение концентрации, соответствующее SiO2кр = 100%, определяется необходимостью создания слоя из модификатора, обеспечивающего достаточное число контактов и минимальное светорассеяние с пигментом ZrO2 ( П = 4,75), согласно формуле (1).

Диэлектрическая проницаемость диоксида кремния равна 3,5 - 4,1 [Физико-химические свойства окислов. Справочник под ред. Г.В. Самсонова. - М. : Металлургия, 1978, 471 с.]. Очевидно, что в присутствии молекулы воды в кристаллогидрате SiO2 nH2O приводит к большей величине М и меньшему светорассеянию так, что разность (П-М) уменьшается. Однако в процессе термического воздействия образуются кристаллиты с развитой поверхностью и уменьшается число оптических контактов зерен SiO2 и ZrO2. Поэтому должно существовать оптимальное соотношение между образованием на поверхности промежуточных соединений, устойчивых к действию УФ-излучения, и свойством рассеяния света в местах контакта. Данное соотношение определяет минимальное значение деградации пигмента (значения aS в таблице 1). Таким образом, техническим результатом изобретения является комплексный состав модификатора, повышающий стойкость пигмента на основе ZrO2 к действию УФ-излучения по сравнению с прототипом в 2 раза.

Пример 1. Смесь порошков диоксида циркония 96% и оксида кремния безводного 4% перемешивают на валковой мельнице с уралитовыми шарами, помещают в муфельную печь, нагревают со скоростью 200 град/час до температуры 900oC, выдерживают в течение 1 часа, затем охлаждают до 20oC в течение 8-10 часов. Результат (эксперимент N 4 табл. 1).

Пример 2. Смесь порошков диоксида циркония 96% с общим содержанием оксидов 4%, в том числе оксида кремния безводного 0,9% (23%) и оксида кремния кристаллогидрата 3,1% (77%), перемешивают на валковой мельнице с уралитовыми шарами в течение 3 часов, нагревают со скоростью 200 град/час до температуры 900oC, выдерживают в течение 1 часа, затем охлаждают до 20oC в течение 8-10 часов. Результат (эксперимент N 1, табл. 1).


Формула изобретения

Модификатор для светоотражающих покрытий на основе ZrO2, включающий соединение кремния для создания модифицирующего монослоя, отличающийся тем, что модификатор состоит из кристаллического диоксида кремния (SiO2кр) и кристаллогидрата (SiO2nH2O) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO2кр - 23 - 75
SiO2nH2O - 77 - 25
обеспечивающих создание зернистого монослоя вокруг зерен пигмента ZrO2.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к пигментам для светоотражающих покрытий класса "солнечные отражатели" и может быть использовано в летательных аппаратах космической техники

Изобретение относится к пигментам и может быть использовано для светоотражающих покрытий, применяемых в летательных аппаратах космической техники

Изобретение относится к светоотражающим покрытиям и может быть использовано в летательных аппаратах космической техники

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, в частности к терморегулирующим покрытиям с пониженным коэффициентом излучения

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано при создании отражающих поверхностей осветителей лазеров

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано при создании отражающих поверхностей осветителей лазеров

Изобретение относится к пигментам и может быть использовано для светоотражающих покрытий, применяемых в летательных аппаратах космической техники

Изобретение относится к силикатам на основе щелочноземельного металла, меди и (в случае необходимости) титана, синим или фиолетовым пигментам на основе этих силикатов, способу их получения

Изобретение относится к области физической химии, конкретно к способу получения гидрофобного дисперсного материала и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности

Изобретение относится к получению гидрофобных сыпучих композиций, используемых в промышленности строительных материалов для гидроизоляции элементов зданий и сооружений, фундаментов, элементов гидротехнических устройств, при сооружении плотин, дамб, устьев рек, при укладке дорог, асфальта, для гидро- и антикоррозийной защиты магистральных газо- и нефтепроводов, металлических труб, бетонных коллекторов, при установке нефтяных скважин, а также уменьшения фильтрационных потерь воды в искусственных каналах и водоемах

Изобретение относится к составам неорганических пигментов и способам их получения, полученным на основе отходов производств

Изобретение относится к способам получения осажденных кремнеземных наполнителей резиновых композиций

Изобретение относится к получению диоксида титана по хлоридной технологии и может быть использовано при получении пигментов для лакокрасочной промышленности, а также в других отраслях промышленности - при производстве бумаги, искусственных волокон и пластмасс
Наверх