СОСТАВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА УГЛЕРОДНЫЕ ИЗДЕЛИЯ Российский патент 1996 года по МПК C04B41/45 

Описание патента на изобретение RU2069208C1

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано для нанесения защитного покрытия на углеродные изделия, в том числе из композиционных углерод-углеродных материалов, например на детали экранов, нагревателей, тигли для плавки металлов и др.

Известны гетерогенные покрытия в системе MoSi2 боросиликатное стекло (B2O3 SiO2), полученные по шликерно-обжиговой технологии. Преимуществом нанесения покрытия данного состава является пластичность покрытия при повышенных температурах и высокая окислительная стойкость изделий с покрытием при температурах 1400-1500oC [1]
Недостатком использования покрытия данного состава является необходимость многократного (многослойного) нанесения шликерного покрытия (от 3 до 5 раз) с проведением высокотемпературного обжига изделия с покрытием после нанесения каждого шликерного слоя. Кроме того, при длительной высокотемпературной выдержке в окислительной атмосфере имеет место образование в стекле кристаллических фаз (α кварц, a кристобаллит), что приводит к локальному растрескиванию покрытия и увеличению скорости окисления.

Задачей изобретения является сокращение времени нанесения покрытия, снижение окисления.

Решение задачи обеспечивается тем, что в состав для нанесения защитного покрытия, содержащий дисилицид молибдена, оксиды кремния и бора дополнительно вводят оксид алюминия при следующем соотношении компонентов вес.

Дисилицид молибдена 40 50
Оксид кремния 41 47
Оксид бора 8 10
Оксид алюминия 1 3
Дополнительное содержание оксида алюминия позволяет получить остеклованное газоплотное покрытие.

Выбор соотношения компонентов в покрытии обусловлен следующими соображениями: с увеличением содержания дисилицида молибдена в покрытии увеличивается его жаростойкость и тугоплавкость, поэтому целесообразно введение максимально возможного количества дисилицида молибдена в покрытие. Однако при содержании его в покрытии более 50% существенно затрудняется формирование беспористого остеклованного покрытия, что ухудшает его жаростойкость и снижает герметичность (образуется пористый "спек", а не тугоплавкое стекло). Уменьшение дисилицида молибдена улучшает формируемость покрытия, снижая его тугоплавкость. При содержании дисилицида молибдена менее 40% температура эксплуатации изделий с покрытием уменьшается до температуры <1500oC, что ограничивает применение таких покрытий.

Оксиды бора и алюминия уменьшают кристаллизационную способность диоксида кремния, уменьшают структурированность образуемого стекла, делают его более стабильным по свойствам и технологичным при изготовлении.

Для образования аморфного кремнозема при его заданном количестве количество оксида бора должно быть не менее 8-10 Увеличение оксида бора >10% снижает тугоплавкость стекла до температуры ниже 1500oC. Кроме того, при взаимодействии дисилицида молибдена с оксидом бора образуются тугоплавкие бориды молибдена, повышающие тугоплавкость покрытия.

Введение оксидов бора и алюминия в заданных количествах способствует изменению коэффициента термического расширения материала покрытия до величины 3,6 1/oC, что практически соответствует коэффициенту термического расширения силицированных углеродных материалов.

Добавление оксида алюминия благоприятно сказывается на повышении вязкости покрытия при высоких температурах (выше 1600oC), что существенно замедляет скорость разрушения покрытия. Однако увеличение содержания оксида алюминия >3% приводит к образованию легкоплавкой Al2O3 SiO2 - эвтектики, снижающей тугоплавкость образующегося покрытия.

Введение оксида алюминия (Al2O3), являющегося хорошим аморфизатором стекла, устраняет или существенно уменьшает вероятность образования кристаллических фаз. Введение оксида алюминия улучшает смачивание покрытиям углеродной подложки, что позволяет получать газоплотное покрытие после нанесения 2-3 слоев это сокращает время нанесения покрытия на 20-40%
Нанесение покрытия осуществляется по шликерной технологии. Шликер наносят на защищаемую поверхность углеродной детали, которую затем сушат. Остекловывание покрытия осуществляют в инертной атмосфере. Для получения герметичного покрытия оптимальной (0,2 0,4 мм) толщины наносят 2-3 слоя покрытия.

Процесс образования покрытия происходит следующим образом. В процессе остекловывания в инертной среде при повышенных температурах окислительные процессы в покрытии осуществляются только за счет кислорода расплава. При нагреве до температуры 1300 1500oC происходит частичное окисление дисилицида молибдена с образованием на поверхности частичек MoSi2 пленок диоксида кремния.

Стеклообразные составляющие, находясь при формировании покрытия в расплавленном состоянии взаимодиффундируют и образуют жаростойкую стеклообразную матрицу с равномерно распределенными в ней частичками дисилицида и борида молибдена. Образование переходного слоя на границе "покрытие-основа" с монотонно изменяющимися свойствами приводит к повышению прочности сцепления покрытия с основой.

Пример 1.

Для защиты от окисления и герметизации экрана электронагревательной печи размерами ⊘80/⊘350×500 мм из карбонизованного углепластика, пропитанного расплавом бора и кремния, на его поверхность наносят защитное покрытие описанного выше состава.

Порошок боросиликатного стекла смешивают с дисилицидом молибдена в соотношении 3: 2 и перемешивают в течение 24 ч. Шликер из образовавшейся порошковой смеси составляют на водно-спиртовом растворе. После нанесения шликера на поверхность детали с помощью кисточки, деталь с покрытием сушат, а затем обжигают в инертной атмосфере аргона по режиму: температура обжига 1320oC, время выдержки 0,5 ч. время охлаждение 36 ч. В той же последовательности операций осуществляют нанесение еще двух слоев покрытия.

В результате на поверхности экрана образуется стекловидное блестящее покрытие черного цвета без пор и трещин. Покрытие обеспечивает газоплотность изделия при давлении газа 8-10 атм.

Для сравнения на такую же деталь наносили покрытие состава, указанного в прототипе, также по шликерной технологии.

Формирование покрытия после сушки происходило путем нагрева на воздухе в муфельной печи при температуре 850oC в течение 1 ч. Было нанесено 3 слоя покрытия. Окончательное покрытие имело сетку трещин и отслоение в выходной части экрана. Такое покрытие негерметично уже при давлении 0,5-1,0 атм.

Пример 2.

На образец ⊘30×6 мм из углерод-керамического композиционного материала (УККМ) нанесено защитное покрытие состава и по технологии, описанной в примере 1. Образец испытывался на установке ВГУ-2 в скоростном потоке воздуха с большим содержанием ионизированного кислорода. Температура на поверхности образца в процессе испытания достигала 1500-1550oC, время одного цикла испытания 10 мин. Защитное покрытие выдерживает без нарушения целостности 5 циклов испытания (угар массы ≈ 1-2%). Образцы из того же материала без покрытия катастрофически разрушались уже на первом цикле испытания.

Результаты сравнительных испытаний покрытий различных составов и габаритов представлены в таблице.

Таким образом, описанный состав позволяет наносить качественные покрытия на крупногабаритные изделия из углерод-углеродных материалов. Изделия с покрытием обладают высокой стойкостью против окисления при температурах высокоскоростного газового потока вплоть до 1500-1600oC.

Похожие патенты RU2069208C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОСИЛИЦИДНЫХ ПОКРЫТИЙ 1990
  • Кузнецов А.В.
  • Кравецкий Г.А.
  • Конокотин В.В.
  • Кестельман В.Н.
  • Шуршаков А.Н.
  • Сазонова М.В.
  • Горбатова Г.Н.
  • Костиков В.И.
  • Демин А.В.
RU2101266C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МАТЕРИАЛАХ И ИЗДЕЛИЯХ С УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕЙ ОСНОВОЙ 1992
  • Родионова В.В.
  • Кравецкий Г.А.
  • Шестакова Н.М.
  • Кузнецов А.В.
  • Костиков В.И.
  • Демин А.В.
RU2082694C1
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ НА УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛАХ 1991
  • Орлов А.Ю.
  • Стеценко А.П.
  • Кулаков В.В.
  • Демин А.В.
RU2012553C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ФРИКЦИОННЫХ УГЛЕРОДНЫХ ИЗДЕЛИЯХ 1991
  • Кулаков В.В.
  • Орлов А.Ю.
  • Жак И.В.
  • Костиков В.И.
RU2013423C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МАТЕРИАЛАХ И ИЗДЕЛИЯХ С УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕЙ ОСНОВОЙ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СТРУЯХ ОКИСЛИТЕЛЯ 2015
  • Колесников Сергей Анатольевич
  • Ярцев Дмитрий Владимирович
  • Бубненков Игорь Анатольевич
  • Кошелев Юрий Иванович
RU2613220C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ УГЛЕРОД-КАРБИДОКРЕМНИЕВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И УГЛЕРОД-КАРБИДОКРЕМНИЕВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 1992
  • Костиков В.И.
  • Демин А.В.
  • Колесников С.А.
  • Конокотин В.В.
  • Понкратова Р.Н.
RU2084425C1
Способ изготовления двумерно армированного углерод-карбидного композиционного материала на основе углеродного волокнистого наполнителя со смешанной углерод-карбидной матрицей 2021
  • Меламед Анна Леонидовна
  • Корчинский Никита Андреевич
  • Кулькова Валентина Семеновна
RU2780174C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛАХ 1989
  • Другов П.Н.
  • Яковлев С.И.
  • Кравецкий Г.А.
  • Кокушкин Б.Я.
SU1785223A1
Способ получения катализатора для очистки отходящего газа 1991
  • Арянин Александр Георгиевич
  • Прохоров Валерий Алексеевич
SU1825316A3
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 1992
  • Емяшев А.В.
  • Костиков В.И.
  • Колесников С.А.
RU2034813C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 069 208 C1

Реферат патента 1996 года СОСТАВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА УГЛЕРОДНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Использование: для создания жаростойких, газо-влагозащитных покрытий на экранах и нагревателях электрических печей, а также для защиты графитовых тиглей для плавки цветных металлов и сплавов от окисления при нагреве на воздухе. Сущность изобретения: состав включает в мас.%: дисилицид молибдена - 40-50, оксид кремния 41-47, оксид бора - 8-10, оксид алюминия - 1-3. Характеристика: потеря массы 0,9-2,4%. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 069 208 C1

Состав для нанесения защитного покрытия на углеродные изделия, включающий дисилицид молибдена, оксиды кремния и бора, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.

Дисилицид молибдена 40 50
Оксид кремния 41 47
Оксид бора 8 10
Оксид алюминия 1 3

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2069208C1

Жаростойкие покрытия для защиты конструкционных материалов
Способ восстановления хромовой кислоты, в частности для получения хромовых квасцов 1921
  • Ланговой С.П.
  • Рейзнек А.Р.
SU7A1
- Л.: Наука, 1977, с
Светоэлектрический измеритель длин и площадей 1919
  • Разумников А.Г.
SU106A1

RU 2 069 208 C1

Авторы

Антонова Е.А.

Горбатова Г.Н.

Сазонова М.В.

Горячковский Ю.Г.

Вощанкин А.Н.

Конокотин В.В.

Костиков В.И.

Кравецкий Г.А.

Шуршаков А.Н.

Даты

1996-11-20Публикация

1992-08-13Подача