Защитное покрытие
Владельцы патента RU 2249571:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области производства защитных покрытий, которые могут быть использованы при эксплуатации неорганических волокнистых композиционных материалов (КМ) конструкционного назначения в изделиях авиационно-космической и машиностроительной промышленностей. Технической задачей изобретения является создание защитного покрытия, обладающего повышенной растекаемостью и температуроустойчивостью на композиционных материалах при рабочих температурах до 1600°С. Предлагается защитное покрытие, имеющее следующий химический состав, вес.%: SiO2 - 0,1-10, SiB4 - 0,1-0,5, MoSi2 - 0,2-5, SiC - 1,5-10, Si3С5Н15О0,25 - остальное. Применение защитного покрытия на неорганических волокнистых материалах позволит получить композиционные материалы с высокой рабочей температурой и большим ресурсом эксплуатации изделий нового поколения в авиакосмической промышленности. 2 табл.
Изобретение относится к области производства защитных покрытий, которые могут быть использованы при эксплуатации неорганических волокнистых композиционных материалов (КМ) конструкционного назначения в изделиях авиационно-космической и машиностроительной промышленностей.
Известно защитное покрытие следующего химического состава, вес.%:
SiО2 40-75
Аl2О3 6-18
CaO 4-11
MgO 1-4
В2О3 5-15
Na2О 0,5-1
К2О 0,3-3
BaO 5-10
Аl2О3·3SiO2 2-7 Патент РФ №2151110
Недостатком известного покрытия является недостаточная растекаемость покрытия на композиционных материалах.
Известно также защитное покрытие химического состава, вес.%:
SiО2 28-50
Аl2О3 5-15
CaO 1-6
MgO 1-4
В2О3 14-45
Na2O 1-6
К2О 1-4
BaO 3-12
2CaO· SiО2 0,1-0,5
3CaO· Аl2О3 0,1-0,5 Патент РФ №2151111
Недостатком известного покрытия является недостаточная температуроустойчивость.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное покрытие следующего химического состава, вес.%:
SiО2 10-30
Аl2О3 3-20
CaO 8-12
MgO 0,5-5
В2О3 3-12
Na2O 0,1-0,4
К2О 0,1-0,2
BaO 3-11
SiB4 0,5-5
MoSi2 32-70 Патент РФ №2190584
Недостатком прототипа является недостаточная растекаемость покрытия и температуроустойчивость композиционного материала.
Технической задачей изобретения является создание защитного покрытия, обладающего повышенной растекаемостью и температуроустойчивостью на композиционных материалах при рабочих температурах до 1600° С. Поставленная техническая задача достигается тем, что предложенное защитное покрытие, включающее SiO2, SiB4, MoSi2, дополнительно содержит SiC и Si3С5Н15O0,25 при следующем соотношении компонентов, вес.%:
SiО2 0,1-10
SiB4 0,1-0,5
MoSi2 0,2-5
SiC 1,5-10
Si3C5H15О0,25 Остальное
Примеры осуществления.
Пример 1.
Для приготовления суспензии защитного покрытия поликарбосилан (Si3C5H15O0,25) в количестве 98,1 вес.% помещали его в стеклянную емкость и смешивали с мелкодисперсными порошками размером 1-5 мкм в вес.% SiO2-0,1, SiB4-0,1, SiC-1,5, MoSi2-0,2. Нанесение покрытия осуществляли следующим образом: полученную суспензию заливали в эксикатор, в суспензию помещали образцы волокнистых композиционных материалов систем SiO2/Al2O3, С/SiC и подвергали свободной пропитке при комнатной температуре в течение 10 часов. Затем образцы извлекали из суспензии, подвергали сушке при температуре 150° С в течение 3 часов и формировали покрытие в инертной среде до температуры 700° С со скоростью 1° град/мин.
На полученных образцах исследовались растекаемость покрытий и температуроустойчивость композиционных материалов систем SiO2/Al2O3, С/SiC.
Примеры 2, 3 получения защитных покрытий осуществляли аналогично примеру.
Авторами экспериментально установлено, что введение SiC и Si3C5H15O0,25 в соответствии с заявленным соотношением компонентов в покрытии привело к улучшению растекаемости покрытия и повышению температуроустойчивости композиционного материала. Ренгеноструктурный анализ покрытия показал, что в процессе его формирования образуется сложная кристаллическая фаза 2 SiO2·MoSi2·SiB4, которая обеспечивает повышенную растекаемость покрытия и температуроустойчивость композиционного материала.
Составы предлагаемых покрытий, свойства покрытий и композиционных материалов приведены в таблицах 1, 2.
Таблица №1 | ||||||||||||
Номера составов покрытий | Компоненты, вес.% | |||||||||||
SiO2 | SiB4 | MoSi2 | SiC | Si3C5 H15O0.25 | Al2O3 | CaO | MgO | В2О3 | Na2O | К2O | BaO | |
Предлагаемое | ||||||||||||
1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 1,5 | OCT. | - | - | - | - | - | - | - |
2 | 5,5 | 0,25 | 2,5 | 7,0 | OCT. | - | - | - | - | - | - | - |
3 | 10 | 0,5 | 5 | 6,5 | OCT. | - | - | - | - | - | - | - |
Прототип | 15 | 2,75 | 51 | - | - | 15 | 10 | 2,5 | 7 | 0,2 | 0,15 | 7 |
Таблица №2 | ||||||||
Состав покрытий, №п/п | Растекаемость, % ком. мат-ла SiО2/Al2О3 | Растекаемость, % ком. мат-ла C/SiC | Температуроустойчивость ком. мат-ла с защитным покрытием SiO2/Al2O3 (% усадки) | Температуроустойчивость ком. мат-ла с защитным покрытием C/SiC (% усадки) | ||||
1200° С | 1400° С | 1600° С | 1200° С | 1400° С | 1600° С | |||
Предлагаемое покрытие 1 2 3 | 100 100 100 | 100 100 100 | 0,1 0,2 0,15 | 0,4 0,3 0,35 | 0,55 0,45 0,5 | 0,25 0,15 0,3 | 0,25 0,35 0,4 | 0,4 0,45 0,5 |
Прототип | 5 | 5 | 3 | 6 | 10 | 5 | 8 | 12 |
Растекаемость покрытия по всей поверхности волокон композиционного материала в процентах определялась по наличию покрытия методом послойной электронной микроскопии композиционного материала с покрытием.
Из таблицы 2 видно, что растекаемость предлагаемого защитного покрытия на композиционных материалах SiО2/Аl2О3 и C/SiC в 20 раз выше по сравнению с защитным покрытием - прототипом.
Температуроустойчивость композиционных материалов SiO2/Al2O3 и C/SiC с предлагаемым защитным покрытием и покрытием - прототипом определялась процентом усадки образца путем замера размеров образца (высоты и длины) после нагревов при температуре 1200° С, 1400°С, 1600° С, отнесенных к первоначальным размерам образца.
Температуроустойчивость композиционных материалов SiO2/Al2O3 и C/SiC, с предлагаемым покрытием на образцах системы SiO2/Al2O3 при температурах нагрева 1200° С, 1400° С, 1600° С выше в 30, 20, 20 раз, на образцах C/SiC выше в 25, 26, 28 раз соответственно по сравнению композиционного материала с покрытием - прототипом. (Таблица 2).
Применение защитного покрытия на неорганических волокнистых материалах позволит получить композиционные материалы с высокой рабочей температурой и большим ресурсом эксплуатации изделий нового поколения в авиакосмической промышленности.
Защитное покрытие, включающее SiO2, SiB4, MoSi2, отличающееся тем, что дополнительно содержит SiC и Si3C5H15О0,25 при следующем соотношении компонентов, вес.%:
SiO2 0,1-10
SiB4 0,1-0,5
MoSi2 0,2-5
SiC 1,5-10
Si3C5H15О0,25 Остальное