ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2010 года по МПК C04B41/87 

Изобретение относится к композициям защитных покрытий и может быть использовано в химической, металлургической, авиационной промышленности и, например, в производстве углеродных, углерод-карбидокремниевых материалов и изделий из них.

Известно термостойкое покрытие (далее «покрытие»), содержащее жидкое калиевое стекло и порошкообразный наполнитель (JP 61-35151, кл. С04В 35/66, 41/87, опубл. 11.08.86, реф.). Покрытие применяется в качестве термостойкой защиты с высокой излучающей способностью.

По своим признакам и достигаемому результату это покрытие наиболее близко к заявленному и принято за прототип.

В этом покрытии в качестве связующего используют жидкое калиевое стекло, в качестве порошкообразного наполнителя - смесь карбида кремния, графита, оксида алюминия, нитрида кремния, тетраоксида трикобальта, алюмокобальтового сплава и ферросилиция.

Недостаток известного покрытия заключается в малой его надежности из-за недостаточно высоких температурных характеристик и величины адгезии к различным материалам, в том числе, к углеродным и углерод-карбидокремниевым материалам.

Низкая термостойкость покрытия объясняется недостаточно высоким содержанием самого термостойкого компонента - карбида кремния (2200°С), составляющим всего 17-22%, и высоким суммарным содержанием остальных менее термостойких компонентов. Кроме того, совместное присутствие в порошкообразном наполнителе окислов металлов (Al₂O₃ и Co₃O₄) и углерода в его кристаллической форме (графит), являющегося сильным восстановителем, приводит к тому, что при высоких температурах происходит восстановление металлов углеродом из их окислов по химической реакции:

МеО+С→Me+СО

МеО+СО→Me+CO₂

Термостойкость же самих металлов, как правило, ниже, чем их окислов. Таким образом, упомянутая особенность состава порошкообразного наполнителя покрытия приводит, во-первых, к непостоянству состава порошкообразного наполнителя и снижению термостойкости покрытия в целом, во-вторых.

Низкая адгезия покрытия к углеродным и углерод-карбидокремниевым материалам объясняется весьма разнородным составом порошкообразного наполнителя и с точки зрения теории адгезии (Берлин А.А., Басин В.Е. «Основы теории адгезии полимеров», М.: Химия, 1974, 392 с.) недостаточным его химическим сродством к вышеуказанным материалам, которые, будучи неполярными, плохо смачиваются полярными веществами, к типу которых относится большинство компонентов порошкообразного наполнителя.

Задача изобретения заключается в повышении надежности покрытия.

Эта задача решается усовершенствованием состава покрытия, содержащего жидкое калиевое стекло и порошкообразные наполнители.

Усовершенствование заключается в том, что в качестве порошкообразных наполнителей используют графит, карбид кремния и кремнефтористый натрий, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

жидкое калиевое стекло 100-150 графит 1-12 карбид кремния 100-200 натрий кремнефтористый 0-12

Использование в покрытии жидкого калиевого стекла и порошкообразных наполнителей в вышеуказанных массовых частях позволяет повысить надежность покрытия за счет повышения его термостойкости и величины адгезии к различным материалам.

При этом использование жидкого стекла позволяет связать все компоненты покрытия в единый, монолитный материал, кремнефтористого натрия - ускорить отверждение покрытия, а также стабилизировать время отверждения, а при его отсутствии - увеличить жизнеспособность покрытия. Наличие графита обеспечивает повышение адгезии покрытия к углеродным и углерод-карбидокремниевым материалам. Карбид кремния, наряду с повышением адгезии, например к углерод-карбидокремниевым материалам, обеспечивает повышение термостойкости покрытия.

При изготовлении предлагаемого покрытия в жидкое калиевое стекло вводят кремнефтористый натрий в качестве катализатора отверждения, предварительно тщательно растертый в фарфоровой ступке, и перемешивают или не вводят. Затем вводят графит, карбид кремния, с последующим перемешиванием.

При этом полученное покрытие затвердевает при нормальной температуре через 18-24 часа и окончательно отверждается после термообработки при 200°С воздушным феном или в термошкафу в течение 1-2 часов.

Затем изготавливают образцы для проведения физико-маханических испытаний адгезионной прочности покрытия при равномерном отрыве в соответствии с ОСТ 92-1476-8-78. При этом за счет введения графита повышается химическое сродство покрытия к углеродным материалам, а карбида кремния - к углерод-карбидокремниевым материалам в особенности. Это, в свою очередь, также приводит к повышению адгезии покрытия к материалу подложки, а следовательно, к повышению надежности покрытия. В качестве материала подложки использовали карбидизированный углерод-углеродный композиционный материал (УУКМ) «Кама» (ТУ 1619-010-07523132-2007).

Использование в составе покрытия тугоплавкого компонента - карбида кремния, помимо увеличения адгезионной прочности, обеспечивает его повышенную термостойкость.

Все приведенные данные подтверждены результатами испытаний образцов покрытия, приведенными в таблице.

№ п/п Содержание компонентов покрытия, мас.ч. Адгезионная прочность покрытия при равномерном отрыве, σ_отр Термостойкость, °С Жидкое калиевое стекло Натрий кремнефтористый Графит Карбид кремния МПа кГс/см² 1 80 0 0 70 2,01 20,4 920 2 100 0 1 100 2,43 24,8 1140 3 115 9 4 130 2,57 26,2 1370 4 125 10 8 150 2,79 28,5 1420 5 135 11 10 170 2,96 30,2 1560 6 150 12 12 200 2,90 29,6 1600 7 170 16 16 240 2,02 20,6 1170 8 Покрытие ТПК 1,72 17,6 900

Измерения проводили по ОСТ 92-1476-78. Выход компонентов за обозначенные пределы ведет к негарантированному качеству покрытия.

Защитное покрытие, благодаря наличию в его составе связующего жидкого калиевого стекла и порошкообразных наполнителей в вышеприведенных соотношениях, характеризуется по сравнению с прототипом большей надежностью, а при выполнении без кремнефтористого натрия - большей жизнеспособностью, т.е. большим временем желатинизации, определяемым по ГОСТ 10587-84 п.4.9, и, тем самым, обеспечением возможности проведения с ним технологических операций в течение гораздо большего времени, что также повышает его надежность и технологичность.

Изобретение относится к композиции защитных покрытий и может быть использовано в химической, металлургической, авиационной промышленности, например, в производстве углеродных материалов и изделий из них. Защитное покрытие содержит жидкое калиевое стекло и порошкообразные наполнители, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: жидкое калиевое стекло - 100-150, карбид кремния - 100-200, графит - 1-12, натрий кремнефтористый - 0-12. Технический результат изобретения - повышение адгезионных характеристик и термостойкости покрытия. 1 табл.

Защитное покрытие, содержащее жидкое калиевое стекло и порошкообразные наполнители, отличающееся тем, что оно содержит в качестве порошкообразных наполнителей карбид кремния, графит и кремнефтористый натрий при соотношении компонентов, мас.ч.:
жидкое калиевое стекло 100-150 карбид кремния 100-200 графит 1-12 натрий кремнефтористый 0-12