Высокотемпературное покрытие

Авторы патента:

C04B35 - Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом (пористые изделия C04B 38/00; изделия, характеризуемые особой формой, см. в соответствующих классах, например облицовка для разливочных и плавильных ковшей, чаш и т.п. B22D 41/02); керамические составы (содержащие свободный металл, связанный с карбидами, алмазом, оксидами, боридами, нитридами, силицидами, например керметы или другие соединения металлов, например оксинитриды или сульфиды, кроме макроскопических армирующих агентов C22C); обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий (химические способы производства порошков неорганических соединений C01)

Владельцы патента RU 2253638:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

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.

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/п	Покрытие	Si	В	НfO₂	НfB₂	Та₂O₅	HfSi₂	SiB₄
1	Предлагаемое покрытие	4	4	65	8	10	7	2
2		5	3	60	10	11	8	3
3		6	2	63	6	10	9	4
4	4	2	61	6	15	10	2
5	Покрытие-прототип	8	4	63	11	14	-	-

Таблица 2
№ п/п	Температура формирования, °C	Параметры испытаний образцов с покрытиями на жаростойкость	Убыль массы образцов с покрытиями после испытаний, масс.%	Внешний вид покрытий после испытаний (наличие дефектов)
Температура °C	Число циклов, 1 ц-50 сек.
1	1350	2000	30	0,2	Дефектов нет
2	1350	2000	30	0,3	Дефектов нет
3	1350	2000	30	0,2	Дефектов нет
4	1350	2000	30	0,1	Дефектов нет
5	1370	1900	10	5,6	Разрушение 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.

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

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к терморегулирующим покрытиям класса “солнечные отражатели” с повышенной стойкостью к воздействию ультрафиолетовой радиации.

Высокотемпературное покрытие // 2232738

Композиция для защитного покрытия огнеупоров, способ получения защитного покрытия на рабочих поверхностях тепловых агрегатов и способ изготовления тепловых агрегатов // 2231512

Муллитовый свс-материал для производства огнеупорных материалов // 2213073

Изобретение относится к огнеупорным алюмосиликатным материалам, а именно к огнеупорным муллитовым материалам со стехиометрическим соотношением указанных оксидов, соответствующих химической формуле 3Al2O3SiO2, и может широко использоваться в промышленности для изготовления огнеупорных футеровочных покрытий и изделий.

Способ получения огнеупорного теплоизоляционного материала // 2211202

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к огнеупорам, используемым в качестве теплоизолирующего материала в высокотемпературных устройствах.

Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения // 2209193

Изобретение относится к созданию высокоогнеупорных материалов, а именно к технологии получения многокомпонентных покрытий для многоуровневой защиты футеровок конструкций, отдельных устройств и элементов в металлургических печах, химических реакторах и др.

Элемент тормозного устройства из композитного материала c/c- sic и способ его изготовления // 2201542

Изобретение относится к композитным материалам C/C-SiC, то есть к материалам с основой из волокон углерода, усиленной композитной матрицей углерод - карбид кремния для элементов тормозов.

Способ изготовления керамической подложки для втсп-покрытий // 2199505

Изобретение относится к отрасли криоэлектроники и может быть использовано при изготовлении пленочных элементов, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП).

Способ создания защитного покрытия на шамотных изделиях // 2193545

Изобретение относится к области создания огнеупорных материалов и может быть использовано для нанесения на них поверхностных слоев покрытий при производстве огнеупорных изделий, преимущественно шамотных.

Огнеупорная шихта и многокомпонентный материал для покрытий, полученный из нее // 2191758

Изобретение относится к классу высокотемпературных неметаллических материалов, предназначенных для защитных покрытий резистивных тепловыделяющих элементов, работающих в окислительных средах.

Никель-медно-цинковый феррит // 2253164

Изобретение относится к технологии ферритовых сердечников для телевизионной техники. .

Способ защиты углеграфитового материала от окисления // 2252191

Изобретение относится к области получения углеграфитовых материалов с повышенной стойкостью к окислению, применяемых в авиационной промышленности и энергетике для изготовлении торцовых и радиально-торцовых уплотнений масляных полостей газотурбинных двигателей и в установках для перекачки газа.

Способ получения графитированного материала // 2252190

Изобретение относится к технологии получения углеродных материалов, которые могут быть использованы при электроэрозионной обработке металлов, для изготовления электродов, применяемых в литейном производстве при выплавке металлов, например алюминия, кальция, для производства торцовых уплотнений авиационных газотурбинных двигателей, а также при изготовлении особо чистых изделий для полупроводниковой техники и др.

Композиционные материалы, содержащие карбид кремния, и способы их получения // 2250887

Изобретение относится к композиционным материалам, полученным пропиткой расплавом металла, и способам их изготовления. .

Способ получения титаната алюминия и изделие, изготовленное из него // 2250886

Изобретение относится к способам получения высокотемпературных керамических материалов на основе титаната алюминия золь-гель методом и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, при изготовлении композиционных материалов для космической и авиационной техники.

Способ получения титаната алюминия и изделие, изготовленное из него // 2250886

Шихта для изготовления огнеупоров // 2250885

Изобретение относится к огнеупорным материалам корундового состава и может быть использовано для изготовления изделий для футеровки различных тепловых агрегатов, работающих в условиях действия высоких температур.

Шихта для изготовления огнеупоров // 2250885

Способ получения композиционного материала // 2249572

Изобретение относится к области получения неорганических волокнистых материалов конструкционного назначения для изделий авиационно-космической и машиностроительной промышленности.

Защитное покрытие // 2249571

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.

Сырьевая смесь для производства стеновых керамических изделий // 2254308

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления лицевых керамических изделий