Композиционный материал на основе диоксида кремния

Композиционный материал на основе диоксида кремния

Реферат

Изобретение относится к авиационной, машиностроительной и строительной промышленности и может быть использовано при создании деталей из конструкционных материалов, в частности для изготовления антенных обтекателей ракет, обладающих высокой прочностью в сочетании с хорошими диэлектрическими характеристиками при высоких температурах и стойкостью к термоудару.

Известным аналогом является композиционный материал по патенту РФ №2256262 МКИ Н01Q 1/42, 2005, включающий спеченный диоксид кремния и полимер на основе кремнийорганической смолы.

Недостатком материала по аналогу является хрупкость и невысокие физико-механические характеристики.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является материал по патенту РФ №2209494 МКИ Н01Q 1/42, 2003, содержащий в качестве добавки кремнийорганическую смолу, которая упрочняет керамику, делает ее водостойкой и герметичной, но материал при этом остается хрупким с низкой адгезионной и когезионной прочностью.

Технический результат настоящего изобретения заключается в получении композиционного материала с повышенными физико-техническими характеристиками, способного кратковременно работать до 950°С с сохранением радиотехнических характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что композиционный материал на основе диоксида кремния, включающий спеченный диоксид кремния и полимер на основе титанкремнийорганической смолы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит модифицированную эпоксидную смолу, в молекуле которой есть атомы кремния и титана, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

спеченный диоксид кремния 98,0-99,0,

титанкремнийорганическая смола

и модифицированная эпоксидная смола в равном соотношении 1,0-2,0.

Используемая титанкремнийорганическая смола - продукт ТМФТ (ТУ 6-02-933-74) - тетракис(метилфенилсилоксангидрокси)титан. Молекула титанкремнийорганической смолы имеет крестообразное строение и четыре концевые функциональные группы -ОН. В центре креста находится атом Ti. Отверждение титанкремнийорганической смолы, т.е. переход в неплавкое, нерастворимое состояние, происходит по поликонденсационному типу с выделением молекулы воды. Отвердителем может служить смола или олигомер, молекулы которых содержат гидроксильные группы.

Для отверждения титанкремнийорганической смолы в предлагаемом материале используют модифицированную эпоксидную смолу СЭДМ-3, СЭДМ-4 (ТУ 6-05-211-1196-81), в молекулах которой есть гидроксильные группы, атомы кремния и титана, что повышает ее стойкость к термической и термоокислительной деструкции. Кроме этого, молекула СЭДМ обладает химическим сродством к молекуле кремнийорганической смолы.

Отвержденный сополимер не плавится и не растворяется в растворителях, и начинает деструктировать при температуре, превышающей 400°С. Это объясняется тем, что сополимер титанкремнийорганической и модифицированной эпоксидной смол, отвержденный в матрице, в данном случае кварцевой керамике, приобретает свойства, улучшающие его эксплуатационные свойства, в частности температура термоокислительной и термической деструкции сдвигается в сторону повышения температуры.

При кратковременной работе изделий при температуре до 950°С и более прочность заявленного материала не падает до исходной.

Этот эффект объясняется наличием химической связи между матрицей (в данном случае диоксидом кремния) и скелетом кремнийорганической смолы, который образуется после термической и термоокислительной деструкции кремнийорганического полимера.

Диоксид кремния, используемый для получения предлагаемого композиционного материала, с пористостью 7-12%, представляет собой материал с хорошо спеченными зернами, образующими сплошной каркас. Для экспериментальной проверки заявленного изобретения были подготовлены четыре смеси ингредиентов (см. таблицу).

Технологический процесс получения заявленного композиционного материала приведен в примерах 1-4.

Пример 1

1. Приготовление пропитывающего состава, состоящего из смеси титанкремнийорганической смолы ТМФТ и эпоксидной смолы СЭДМ-3 в соотношении 1:1, плотностью 0,94 г/см³.

2. Обезжиривание ацетоном заготовки из кварцевой керамики, механически обработанной в размер.

3. Сушка на воздухе 15-20 минут.

4. Пропитка заготовки составом смеси титанкремнийорганической и эпоксидной смол в ацетоне в течение 60 минут.

5. Сушка на воздухе 2-3 часа.

6. Полимеризация в термостате при температуре 225-240°С.

Пример 2

1. Приготовление пропитывающего состава, состоящего из смеси титанкремнийорганической смолы ТМФТ и эпоксидной смолы СЭДМ-3 в соотношении 1:1, плотностью 0,96 г/см³.

Остальные операции проводят аналогично примеру 1.

Пример 3

1. Приготовление пропитывающего состава, состоящего из смеси кремнийорганической смолы ТМФТ и эпоксидной смолы СЭДМ-3 в соотношении 1:1, плотностью 0,98 г/см³.

Остальные операции проводят аналогично примеру 1.

Пример 4

1. Приготовление пропитывающего состава, состоящего из смеси титанкремнийорганической смолы ТМФТ и эпоксидной смолы СЭДМ-4 в соотношении 1:1, плотностью 0,98 г/см³.

Остальные операции проводят аналогично примеру 1.

Физико-механические характеристики композиционного материала, полученные по вышеприведенным примерам, приведены в таблице.

Таблица
Наименование	Пример	Пример	Пример	Пример
показателей	1	2	3	4
SiO2 -	SiO2 -	SiO2 -	SiO2 -
композиционного	99,0%,	98,5%	98,0%	99,0%
материала	ТМФТ -	ТМФТ -	ТМФТ -	ТМФТ -
	0,5%,	0,75%,	1,0%,	0,5%,
	СЭДМ-	СЭДМ-3 -	СЭДМ-3 -	СЭДМ-4 -
	3 - 0,5%	0,75%	1,0%	0,5%
Прочность на
изгиб, кгс/мм2,
при 20°С	7,0	7,2	7,4	7,0
при 950°С	5,0	5,0	5,1	5,1
Прочность на	4,0	4,0	4,0	4,0
изгиб, кгс/мм2,
исходная

Заявленный материал на основе диоксида кремния и смеси титанкремнийорганической смолы с модифицированной эпоксидной смолой в равном соотношении позволяет применить этот материал для изготовления антенных обтекателей ракет, работающих кратковременно при температуре до 950°С без изменения радиотехнических характеристик во всем диапазоне рабочих температур и обладает повышенными по сравнению с исходным материалом прочностными характеристиками на 25-27%.

Композиционный материал на основе диоксида кремния, включающий спеченный диоксид кремния и полимер на основе титанкремнийорганической смолы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит модифицированную эпоксидную смолу, в молекуле которой есть атомы кремния и титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

спеченный диоксид кремния	98,0-99,0,
кремнийорганическая смола
и модифицированная эпоксидная смола
в равном соотношении	1,0-2,0