Способ получения термостойкого радиотехнического материала Российский патент 2023 года по МПК C04B35/80 

Изобретение относится к конструкционным, электротехническим и теплозащитным материалам и предназначено для изготовления материала на основе алюмохромфосфатного связующего, кварцевой и кремнеземной ткани для использования в теплонагруженных изделиях и конструкциях радиотехнического назначения, в теплоизоляционных изделиях, работающих при температуре от минус 60 до плюс 800 °С длительно в авиационной, космической и других областях промышленности.

Известен способ получения радиотехнического материала (патент РФ № 2220930, МПК СО4В 35/80, СО4В 28/34, опублик. 10.01.2014), включающий смешение алюмохромфосфатного связующего ХАФС-3 с электроплавленным корундом в соотношении 1:1 и кварцевой или кремнеземной ткани, аппретированной 3 – 7% спиртовым раствором кремнийорганической смолы. Совмещение полученной композиции связующего со стекловолокнистым наполнителем и проведение режима отверждения происходит под прессом при удельном давлении 0,92 – 1,05 МПа и подъёме температуры до (270±5) °С, с проведением последующего режима термообработки до 300 °С.

Недостатком указанного способа получения радиотехнического материала является увеличение относительного удлинения материала перпендикулярно армирующим слоям при нагреве в условиях эксплуатации свыше 300 °С, а также высокие значения пористости.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения радиотехнического материала, описанный в патенте РФ № 2544356 МПК СО4В 35/80, опублик. 05.03.2015.

В известном способе получения материала используют композицию из алюмохромфосфатного связующего марки Фоскон-351, с добавлением порошка белого электрокорунда в соотношении 55 – 65 % мас и 35-45% мас соответственно, нанесенную на кварцевую или кремнеземную стеклоткань, аппретированную 10-15% раствором кремнийорганической смолы КМ-9К в спирто-ацетоновом растворе в соотношении 1:1. После нанесения на кварцевую или кремнеземную стеклоткань полученной композиции, ее отверждают под вакуумом при удельном давлении 0,8 МПа при подъеме температуры до 170 °С и выдержке при этой температуре не менее 2-х часов при подьеме температуры до 170 °С и выдержке при этой температуре не менее 2-х часов, после чего проводят термообработку полученного материала при подъеме температуры до 300 °С и выдержке в течение 3 – 4 часов. Затем полученный материал охлаждают до комнатной температуры и проводят его пропитку кремнийорганической смолой марки МФСС-8 в течение 1 – 2 часов с последующей сушкой на воздухе не менее 4-х часов и полимеризацией путем нагрева до температуры 320 °С и выдержки при этой температуре в течение 2 – 3 часов.

Недостатком указанного способа являются высокие значения пористости и водопоглощения материала, что негативно сказывается при применении материала в качестве конструкционного, а также резкое увеличение относительного удлинения материала перпендикулярно армирующим слоям при нагреве в условиях эксплуатации свыше 300 °С, что приводит к изменению геометрических размеров и снижению прочностных характеристик.

Причиной данных факторов являются особенности связующего и фазовые переходы, протекающие в нем в температурном диапазоне выше температуры термообработки материала, в том числе связанные с выходом реакционно связанной воды.

Применение одного вида стеклоткани (кварцевой ткани или многослойной кремнеземной ткани) не может в полной мере обеспечить стабилизацию геометрических размеров с сохранением стабильных прочностных характеристик материала.

Задачей, решаемой предлагаемым способом, является получение многослойного термостойкого радиотехнического материала со стабильными геометрическими размерами при нагреве выше 300 °С с сохранением стабильных прочностных характеристик, а также низкими значениями пористости и водопоглощения материала.

Указанная задача реализуется посредством способа получения многослойного термостойкого радиотехнического материала, включающего получение композиции путем смешения алюмохромфосфатного связующего марки Фоскон-351 с порошком белого электрокорунда, нанесение ее на стеклоткань, аппретированную спирто-ацетоновым раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, отверждение под вакуумом, термообработку при температуре до 300 °С в течение 3-4 часов и охлаждение до комнатной температуры, пропитку кремнийорганической смолой марки МФСС-8 в течение 1-2 часов, сушку на воздухе не менее 4 часов с последующей полимеризацией при температуре 320 °С, выдержку при этой температуре в течение 2 – 3 часов и охлаждение до комнатной температуры, отличающийся тем, что после полимеризации и охлаждения проводят дополнительную термообработку при температуре 400 – 500 °С в течение не менее 0,5 часа, а в качестве стеклоткани используют кварцевую и многослойную кремнеземную стеклоткань, которую укладывают друг на друга в заданном порядке.

Проведение термообработки многослойного термостойкого радиотехнического материала при температуре 400-500 °С обеспечивает стабилизацию алюмохромфосфатного связующего, а также более полное образование пространственной структуры кремнийорганической смолы с образованием циклов повышенной термостойкости.

Комбинация слоев кварцевой и многослойной кремнеземной ткани типа МКТ в материале позволяет компенсировать расширение алюмохромфосфатного связующего при нагреве материала свыше температуры термообработки за счет пространственно-объемного плетения ткани МКТ, и сохранить прочностные характеристики материала за счет слоев кварцевой ткани типа ТС8/3-К-ТО. Вышеперечисленные факторы влияют на уменьшение пористости и водопоглощения полученного материала.

Примеры конкретного выполнения способа получения многослойного термостойкого радиотехнического материала.

Пример 1. На кварцевую ткань ТС 8/3-К-ТО и многослойную кремнеземную ткань МКТ-2,5, аппретированные 10% спирто-ацетоновым раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, наносили смесь, состоящую из 65% мас. связующего ФОСКОН-351 и 35% мас. порошка белого электрокорунда зернистостью 5-10 мкм. На пять слоев кварцевой ткани укладывали один слой многослойной кремнеземной ткани. Полученную заготовку материала отверждали методом вакуумного формования при удельном давлении 0,8 МПа при подъеме температуры до 170 °С и выдерживали при этой температуре 2,5 часа, затем подвергали термообработке при конечной температуре 300 °С с выдержкой при этой температуре в течение 3-х часов. Затем охлаждали до комнатной температуры, производили пропитку окунанием заготовки материала в емкость с продуктом МФСС-8 и выдерживали в емкости в течение 1,5 часов с последующей сушкой на воздухе 4,5 часа. Далее заготовку материала помещали в термостат и полимеризовали при температуре 320 °С в течение 2,5 часов. После охлаждения заготовку материала подвергали термообработке при температуре 450 °С в течение 1 часа.

Пример 2. Способ осуществляли по примеру 1.

На три слоя кварцевой ткани укладывали один слой многослойной кремнеземной ткани, а затем четыре слоя кварцевой ткани. Полученную заготовку материала отверждали методом вакуумного формования при удельном давлении 0,8 МПа при подъеме температуры до 170 °С и выдерживали при этой температуре 2 часа и подвергали термообработке при конечной температуре 300 °С и выдержке при этой температуре в течение 3,5 часов. Затем охлаждали до комнатной температуры, производили пропитку окунанием заготовки материала в емкость с продуктом МФСС-8 и выдерживали в течение 2 часов с последующей сушкой на воздухе 4 часа. Далее заготовку материала помещали в термостат и полимеризовали при температуре 320 °С в течение 3 часов. После охлаждения заготовку материала подвергали термообработке при температуре 500 °С в течение 0,5 часа.

Пример 3. Способ осуществляли по примеру 1.

На один слой многослойной кремнеземной ткани укладывали семь слоев кварцевой ткани. Полученную заготовку материала отверждали методом вакуумного формования при удельном давлении 0,8 МПа при подъеме температуры до 170 °С и выдерживали при этой температуре 2,5 часа, затем подвергали термообработке при конечной температуре 300 °С и выдержке при этой температуре в течение 4 часов. Охлаждали до комнатной температуры, производили пропитку окунанием заготовки материала в емкость с продуктом МФСС-8 и выдерживали в течение 1,5 часов с последующей сушкой на воздухе 5 часов. Далее заготовку материала помещали в термостат и полимеризовали при температуре 320 °С в течение 2,5 часов. После охлаждения заготовку материала подвергали термообработке при температуре 400 °С в течение 1,2 часа.

В таблицах 1 и 2 приведены сравнительные характеристики многослойного термостойкого радиотехнического материала, полученные по примерам 1 – 3, и прототипа.

Таблица 1

Показатели По примеру 1 По примеру 2 По примеру 3 По прототипу Плотность, г/см³ 1,69 1,70 1,71 1,70 – 1,79 Пористость, % 9,7 9,5 8,9 14 - 23 Водопоглощение, % 7,2 6,8 6,4 8 - 13 Диэлектрическая проницаемость при частоте 10¹⁰ Гц при температуре 20 °С 3,15 3,20 3,13 3,4 Тангенс угла диэлектрических потерь tg×10⁴ при частоте 10¹⁰ Гц при температуре 20 °С 50 65 58 78

Таблица 2

Показатели Относительное удлинение перпендикулярно армирующим слоям (dL/L×10³, К^-1) при температуре, °С 100 200 300 400 500 600 700 800 Пример 1 0,3 0,6 1,4 2,0 2,9 18 35 50 Пример 2 0,2 0,3 1,0 1,7 2,3 15 38 54 Пример 3 0,2 0,4 1,6 2,3 3,2 23 41 58 По прототипу 0,8 1,9 3,0 15 36 50 61 82

Предлагаемый способ получения многослойного термостойкого радиотехнического материала позволяет изготовить материал со стабильными геометрическими размерами перпендикулярно армирующим слоям материала при нагреве и низкими значениями пористости и водопоглощения.

Изобретение относится к конструкционным, электротехническим и теплозащитным материалам и предназначено для использования в теплонагруженных изделиях и конструкциях радиотехнического назначения. Технический результат заключается в получении термостойкого радиотехнического материала со стабильными геометрическими размерами при нагреве выше 300°С с сохранением стабильных прочностных характеристик, а также низкими значениями пористости и водопоглощения материала. Получают композицию путем смешения алюмохромфосфатного связующего марки Фоскон-351 с порошком белого электрокорунда, наносят ее на кварцевую и многослойную кремнеземную стеклоткань, аппретированные спиртоацетоновым раствором кремнийорганической смолы КМ-9К. Слои ткани укладывают друг на друга в заданном порядке, отверждают под вакуумом, термообрабатывают при температуре 300°С в течение 3-4 ч и охлаждают до комнатной температуры. Полученную заготовку пропитывают кремнийорганической смолой марки МФСС-8 в течение 1-2 ч, сушат на воздухе не менее 4 ч и проводят полимеризацию при температуре 320°С в течение 2–3 ч. После охлаждения до комнатной температуры проводят дополнительную термообработку при температуре 400–500°С в течение не менее 0,5 ч. 2 табл., 3 пр.

Способ получения термостойкого радиотехнического материала, включающий получение композиции путем смешения алюмохромфосфатного связующего марки Фоскон-351 с порошком белого электрокорунда, нанесение ее на стеклоткань, аппретированную спиртоацетоновым раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, отверждение под вакуумом, термообработку при температуре до 300 °С в течение 3-4 ч и охлаждение до комнатной температуры, пропитку кремнийорганической смолой марки МФСС-8 в течение 1-2 ч, сушку на воздухе не менее 4 ч с последующей полимеризацией при температуре 320 °С, выдержкой при этой температуре в течение 2–3 ч и охлаждением до комнатной температуры, отличающийся тем, что после полимеризации и охлаждения проводят дополнительную термообработку при температуре 400– 500 °С в течение не менее 0,5 ч, а в качестве стеклоткани используют кварцевую и многослойную кремнеземную стеклоткань, которые укладывают друг на друга в заданном порядке.