ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2005 года по МПК C04B35/80 C04B41/85 C03C8/02 

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 №1Номера составов покрытийКомпоненты, вес.% SiO₂SiB₄MoSi₂SiCSi₃C₅
H₁₅O_0.25Al₂O₃CaOMgOВ₂О₃Na₂OК₂OBaOПредлагаемое            10,10,10,21,5OCT.-------25,50,252,57,0OCT.-------3100,556,5OCT.-------Прототип152,7551--15102,570,20,157

Таблица №2Состав покрытий, №п/пРастекаемость, % ком. мат-ла
SiО₂/Al₂О₃Растекаемость, % ком. мат-ла C/SiCТемпературоустойчивость ком. мат-ла с защитным покрытием SiO₂/Al₂O₃ (% усадки)Температуроустойчивость ком. мат-ла с защитным покрытием C/SiC (% усадки)   1200° С1400° С1600° С1200° С1400° С1600° СПредлагаемое 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
0,5Прототип5536105812

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.

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, Si₃С₅Н₁₅О_0,25 - 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.

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