ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2006 года по МПК C03C8/02 

Изобретение относится к области производства защитных покрытий, которые могут быть использованы при эксплуатации неорганических волокнистых композиционных материалов конструкционного, теплофизического и технологического назначения в изделиях авиационно-космической и машиностроительной промышленности до 1600°С.

Известно защитное покрытие следующего химического состава, мас.%:

SiO₂40-75Al₂О₃6-18CaO4-11MgO1-4В₂O₃5-15Na₂O0,5-1К₂O0,3-3BaO5-10Al₂O₃·3SiO₂2-7

Патент РФ №2151110

Недостатком известного покрытия является недостаточная термостойкость покрытия на композиционных материалах.

Известно также защитное покрытие химического состава, мас.%:

SiO₂28-50Al₂О₃5-15CaO1-6MgO1-4В₂O₃14-45Na₂O1-6К₂O1-4BaO3-122CaO·SiO₂0,1-0,53СаО·Al₂О₃0,1-0,5

Патент РФ №2151111

Недостатком известного покрытия является недостаточное сцепление к композиционным материалам.

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

SiO₂0,1-10SiB₄0,1-0,5MoSi₂0,2-5SiC1,5-10Si₃C₅H₁₅O_0,25Остальное

Патент РФ №2249571

Недостатками прототипа являются недостаточные термостойкость и сцепление покрытия к композиционным материалам.

Технической задачей изобретения является создание защитного покрытия, обладающего повышенной термостойкостью и сцеплением к композиционным материалам при рабочих температурах до 1600°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено защитное покрытие, включающее SiO₂, SiB₄, MoSi₂, SiC, Si₃C₅H₁₅O_0,25, которое дополнительно содержит Si₃N₄, BaO, TiC при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂12-15SiB₄1-5MoSi₂20-30SiC0,5-3Si₃N₄0,5-3BaO1-5TiC0,5-4Si₃C₅H₁₅O_0,25Остальное

Авторами экспериментально установлено, что введение Si₃N₄, BaO и TiC в соответствии с заявленным соотношением и содержанием компонентов в покрытии привело к повышению термостойкости и сцепления покрытия к композиционным материалам систем SiO₂/SiO₂, SiO₂/Al₂O₃, C/SiC.

Рентгеноструктурный анализ покрытия показал, что в процессе его формирования образуются сложные кристаллические фазы 3SiO₂·SiC и 2Si₂N₄·SiB₄·BaO. Исследование структуры покрытия электронно-микроскопическим методом свидетельствует, что структура покрытия имеет мелкокристаллическое строение с равным распределением кристаллических фаз. Полученные кристаллические фазы 3SiO₂·SiC и 2Si₂N₄·SiB₄·BaO и равномерная мелкокристаллическая структура обеспечивают повышение термостойкости и сцепления покрытия к защищаемому композиционному материалу при рабочих температурах до 1600°С.

Примеры осуществления

Пример 1

Для приготовления суспензии предлагаемого защитного покрытия поликарбосилан (Si₃C₅H₁₅O_0,25) в количестве 64,5 мас.% помещали в стеклянную емкость и механически смешивали с мелкодисперсными порошками размером 1-5 мкм, мас.%: SiO₂ 12, SiB₄ 1, MoSi₂ 20, SiC 0,5, Si₃Н₄ 0,5, BaO 1, TiC 0,5, в течение 1 ч. Нанесение суспензии покрытия осуществили следующим образом: полученную суспензию (с вязкостью 14 с по В3246) заливали в эксикатор, в суспензию помещали образцы волокнистых композиционных материалов систем SiO₂/SiO₂, SiO₂/Al₂O₃, C/SiC и подвергали свободной пропитке при комнатной температуре в течение 15 часов. Затем образцы извлекали из суспензии, подвергали сушке при температуре 150°С в течение 3 часов и формировали покрытие в инертной среде до температуры 800°С со скоростью 5°С/мин.

На полученных образцах исследовались термостойкость и сцепление предлагаемого защитного покрытия на композиционных материалах систем SiO₂/SiO₂, SiO₂/Al₂O₃, C/SiC.

Примеры 2, 3 получения защитных покрытий осуществляли аналогично примеру 1.

Составы предлагаемых покрытий, свойства покрытий и композиционных материалов приведены в табл.1, 2, 3, 4.

Таблица 1Номера
составов покрытийКомпоненты, масс.%SiO₂SiB₄MoSi₂SiCSi₃N₄BaOTiCSi₃C₅H₁₅O_0,25Предлагаемое        1121200,50,510,5ост.2155303354ост.313,532522,533,5ост.Прототип 4100,551,5---ост

Таблица 2Номера составов покрытийТермостойкость защитного покрытия режим 20-1200-20°С количество циклов на композиционном материалеВнешний вид образцов после испытанийSiO₂/SiO₂SiO₂/Al₂O₃C/SiC. Предлагаемое    1505050трещин нет2505050трещин нет3505050трещин нетПрототип 4522появление трещинТаблица 3Номера составов покрытийСцепление покрытия (площадь скола %) при испытании на термостойкость 20-1200-20°С-50 циклов на композиционном материалеВнешний видSiO₂/SiO₂SiO₂/Al₂O₃C/SiC Предлагаемое    1000 2000Сколов нет3000 Прототип 4203020Скол покрытияТаблица 4Номера составовТемпературоустойчивость композиционных материалов систем (% усадки) при температуре °С испытанияпокрытийSiO₂/SiO₂SiO₂/Al₂O₃C/SiC. 1200°С1400°С1600°С1200°С1400°С1600°С1200°С1400°С1600°СПредлагаемое         10,5330,050,10,20,10,10,220,5330,050,10,20,10,10,230,5330,050,10,20,10,10,2Прототип 42105,10,150,350,50,230,330,45

Термостойкость предлагаемого защитного покрытия исследовалась по режиму 20-1200-20°С в течение 50 циклов. Предлагаемое защитное покрытие должно выдерживать 50 циклов теплосмен без разрушения покрытия.

Сцепление предлагаемого защитного покрытия к композиционным материалам систем SiO₂/SiO₂, SiO₂/Al₂O₃, C/SiC определяли по площади скола в % и по внешнему виду.

Термостойкость предлагаемого защитного покрытия на образцах композиционных материалов систем SiO₂/SiO₂, SiO₂/Al₂O₃, C/SiC выше в 10, 25, 25 раз соответственно по сравнению с термостойкостью защитного покрытия прототипа (табл.2).

Предлагаемое защитное покрытие обладает высоким сцеплением к композиционным материалам систем SiO₂/SiO₂, SiO₂/Al₂O₃, C/SiC. Площадь скола покрытия с композиционных материалов составляет 0% (табл.3).

Предлагаемое покрытие в процессе испытания его на термостойкость не скалывается с композиционных материалов.

Температуроустойчивость с предлагаемым защитным покрытием на композиционных материалах системы SiO₂/SiO₂ при температурах нагрева 1200°С, 1400°С, 1600°С выше в 4, 3,3, 1,7 раза; на образцах системы SiO₂/Al₂O₃ выше 3, 3,5, 2,5 раза; на образцах системы C/SiC выше в 2,3, 3,3, 2,25 раза соответственно по сравнению с композиционными материалами с покрытием прототипа (табл.4).

Применение защитного покрытия на неорганических волокнистых материалах позволит получить термостойкие композиционные материалы с высокой надежностью для изделий нового поколения авиакосмической и машиностроительной промышленности.

Изобретение относится к области производства защитных покрытий, которые могут быть использованы при эксплуатации неорганических волокнистых композиционных материалов конструкционного и технологического назначения, в изделиях авиационно-космической и машиностроительной промышленности. Технической задачей изобретения является создание защитного покрытия, обладающего повышенными термостойкостью и сцеплением к композиционным материалам при рабочих температурах до 1600°С. Защитное покрытие имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 12-15, SiB₄ 1-5, MoSi₂ 20-30, SiC 0,5-3, Si₃N₄ 0,5-3, BaO 1-5, TiC 0,5-4, Si₃С₅Н₁₅O_0,25 остальное. Применение защитного покрытия на неорганических волокнистых материалах позволит получить термостойкие композиционные материалы с высокой надежностью для изделий нового поколения в авиакосмической и машиностроительной промышленности. 4 табл.

Защитное покрытие, включающее SiO₂, SiB₄, MoSi₂, SiC, Si₃С₅Н₁₅O_0,25, отличающееся тем, что дополнительно содержит Si₃N₄, BaO, TiC при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂12-15SiB₄1-5MoSi₂20-30SiC 0,5-3Si₃N₄0,5-3BaO 1-5TiC 0,5-4Si₃C₅H₁₅O_0,25Остальное