Защитное покрытие

Защитное покрытие

Реферат

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 Si₃С₅Н₁₅O_0,25 при следующем соотношении компонентов, вес.%:

SiО₂ 0,1-10

SiB₄ 0,1-0,5

MoSi₂ 0,2-5

SiC 1,5-10

Si₃C₅H₁₅О_0,25 Остальное

Примеры осуществления.

Пример 1.

Для приготовления суспензии защитного покрытия поликарбосилан (Si₃C₅H₁₅O_0,25) 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 Si₃C₅H₁₅O_0,25 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	Si3C5H15O0.25	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-лаSiО2/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 покрытие123	100100100	100100100	0,10,20,15	0,40,30,35	0,550,450,5	0,250,150,3	0,250,350,4	0,40,450,5
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 Si₃C₅H₁₅О_0,25 при следующем соотношении компонентов, вес.%:

SiO₂ 0,1-10

SiB₄ 0,1-0,5

MoSi₂ 0,2-5

SiC 1,5-10

Si₃C₅H₁₅О_0,25 Остальное