Высокотемпературное покрытие

Высокотемпературное покрытие

Реферат

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано для защиты от окисления неметаллических материалов на основе карбидокремниевой матрицы и наполнителя из углеродного волокна, работающих при температуре до 2000°С.

Известно высокотемпературное покрытие следующего химического состава, мас.%:

кремний 5-40

карбид кремния 50-70

бор 1-15 (патент США №4465777)

Недостатком известного покрытия является низкая жаростойкость при температурах выше 1300°С.

Известно высокотемпературное покрытие следующего химического состава, мас.%:

дисилицид молибдена 63-75

кремний 10-25

хром 5-10

бор 3-5 (СССР АС №464568)

Недостатком покрытия является низкая жаростойкость при температурах выше 1350°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является высокотемпературное покрытие следующего химического состава, мас.%:

кремний 6-9

бор 2-5

оксид гафния 63-68

борид гафния 8-12

пятиокись тантала 12-17 (патент РФ №2189368)

Недостатком покрытия-прототипа является недостаточная жаростойкость углерод-керамических композиционных материалов при температурах выше 1800°С.

Технической задачей изобретения является повышение жаростойкости углерод-керамических композиционных материалов при температуре 2000°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено высокотемпературное покрытие, содержащее кремний, бор, оксид гафния, борид гафния, пятиокись тантала, которое дополнительно содержит силицид гафния и борид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремний 4-6

бор 2-4

оксид гафния 60-65

борид гафния 6-10

пятиокись тантала 10-15

силицид гафния 7-10

борид кремния 2-4

Авторами установлено, что совместное введение силицида гафния и борида кремния при заявленных соотношениях компонентов в покрытии позволяет повысить жаростойкость углерод-керамических композиционных материалов при температуре 2000°С.

Примеры осуществления

Для получения покрытий были приготовлены 4 композиции, соотношение компонентов в которых приведено в таблице 1.

Компоненты покрытий в виде порошков соответствующих химических соединений помещались в фарфоровый барабан с алундовыми шарами. Смесь загружали в указанных соотношениях не более чем на 3/4 объема барабана, в котором она перемешивалась в течение 48 часов.

Высокотемпературное покрытие на образцы углерод-керамического композиционного материала наносили напылением. Образцы подвергали сушке в термошкафе при температуре 80°С. Формирование покрытия осуществляли в печи с силитовыми нагревателями при температуре 1350-1370°С в течение 20-30 минут.

Образцы углерод-керамического материала с защитными покрытиями испытывали на жаростойкость при температуре 2000°С в течение 30 циклов по 50 секунд каждый по режиму 2000°С⇔20°С. Эффективность защитного действия покрытий после испытаний определялась по убыли массы образцов углерод-керамического композиционного материала с покрытиями в мас.%. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что жаростойкость предлагаемого покрытия на образцах углерод-керамического композиционного материала при использовании значительно возрастает, покрытие-прототип разрушается после воздействия температуры в течение 10 циклов по 50 секунд каждый по режиму 1900°С⇔20°С.

Незначительная убыль массы образцов (менее 1 мас.%) подтверждает наличие внутреннего эффекта самозалечивания предлагаемых составов защитного покрытия, предотвращающего диффузию кислорода воздуха вглубь образца и препятствующего окислению углерод-керамического композиционного материала.

Таблица 1
№ п/п	Покрытие	Si	В	НfO2	НfB2	Та2O5	HfSi2	SiB4
1	Предлагаемое покрытие	4	4	65	8	10	7	2
2	5	3	60	10	11	8	3
3	6	2	63	6	10	9	4
4	4	2	61	6	15	10	2
5	Покрытие-прототип	8	4	63	11	14	-	-

Таблица 2
№ п/п	Температура формирования, °C	Параметры испытаний образцов с покрытиями на жаростойкость	Убыль массы образцов с покрытиями после испытаний, масс.%	Внешний вид покрытий после испытаний (наличие дефектов)
Температура °C	Число циклов, 1 ц-50 сек.
1	1350	2000	30	0,2	Дефектов нет
2	1350	2000	30	0,3	Дефектов нет
3	1350	2000	30	0,2	Дефектов нет
4	1350	2000	30	0,1	Дефектов нет
5	1370	1900	10	5,6	Разрушение покрытия

Применение предлагаемого высокотемпературного покрытия позволит обеспечить работоспособность узлов и деталей из углерод-керамических композиционных материалов и повысить надежность и ресурс изделий авиационной техники в 1,5-2 раза.

Предлагаемое высокотемпературное покрытие - экологически чистое, пожаровзрывобезопасное.

Высокотемпературное покрытие, содержащее кремний, бор, оксид гафния, борид гафния, пятиокись тантала, отличающееся тем, что дополнительно содержит силицид гафния и борид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 4-6

Бор 2-4

Оксид гафния 60-65

Борид гафния 6-10

Пятиокись тантала 10-15

Силицид гафния 7-10

Борид кремния 2-4