ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2005 года по МПК C04B41/87 C04B35/00 

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/пПокрытиеSiВНfO₂НfB₂Та₂O₅HfSi₂SiB₄1Предлагаемое покрытие446581072253601011833626361094442616151025Покрытие-прототип84631114--

Таблица 2№ п/пТемпература формирования, °CПараметры испытаний образцов с покрытиями на жаростойкостьУбыль массы образцов с покрытиями после испытаний, масс.%Внешний вид покрытий после испытаний (наличие дефектов)Температура °CЧисло циклов, 1 ц-50 сек.113502000300,2Дефектов нет213502000300,3Дефектов нет313502000300,2Дефектов нет413502000300,1Дефектов нет513701900105,6Разрушение 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.

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано для защиты от окисления неметаллических материалов на основе карбидокремниевой матрицы и наполнителя из углеродного волокна. Высокотемпературное покрытие содержит компоненты, мас.%: кремний 4-6, бор 2-4, оксид гафния 60-65, борид гафния 6-10, пятиокись тантала 10-15 и дополнительно - силицид гафния 7-10 и борид кремния 2-4. Технический результат изобретения - повышение жаростойкости углерод-керамических композиционных материалов при температуре 2000°С. Предлагаемое высокотемпературное покрытие - экологически чистое, пожаровзрывобезопасное. 2 табл.

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