RU2189368C2 - High-temperature coating - Google Patents

High-temperature coating Download PDF

Info

Publication number
RU2189368C2
RU2189368C2 RU2000130626/03A RU2000130626A RU2189368C2 RU 2189368 C2 RU2189368 C2 RU 2189368C2 RU 2000130626/03 A RU2000130626/03 A RU 2000130626/03A RU 2000130626 A RU2000130626 A RU 2000130626A RU 2189368 C2 RU2189368 C2 RU 2189368C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
coating
silicon
boron
temperature coating
Prior art date
Application number
RU2000130626/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.С. Солнцев
Н.В. Исаева
Г.В. Ермакова
Original Assignee
Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" filed Critical Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов"
Priority to RU2000130626/03A priority Critical patent/RU2189368C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2189368C2 publication Critical patent/RU2189368C2/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5042—Zirconium oxides or zirconates; Hafnium oxides or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00982—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as construction elements for space vehicles or aeroplanes

Abstract

FIELD: aircraft industry. SUBSTANCE: high- temperature coating contains, wt.%: silicon, 6-9; boron, 2-5; haffnium oxide, 63- 68; haffnium boride, 8-12; tantalum pentoxide, 12-17. Invention can be applied for oxidation protection of silicon carbide matrix-based nonmetallic materials with carbon fiber filler. EFFECT: increased antioxidant activity of carbon ceramic composites at temperature 1800 C. 2 tbl

Description

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано для защиты от окисления неметаллических материалов на основе карбидокремниевой матрицы и наполнителя из углеродного волокна. The invention relates to the aviation industry and can be used to protect against oxidation of non-metallic materials based on a silicon carbide matrix and a carbon fiber filler.

Известно высокотемпературное покрытие следующего состава, мас.%:
Кремний - 5-40
Карбид кремния - 50-70
Бор - 1-15 [1]
Недостатком известного покрытия является низкое антиокислительное действие при температурах выше 1300oС.Known high-temperature coating of the following composition, wt.%:
Silicon - 5-40
Silicon Carbide - 50-70
Boron - 1-15 [1]
A disadvantage of the known coating is the low antioxidant effect at temperatures above 1300 o C.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является высокотемпературное покрытие состава, мас.%:
Дисилицид молибдена - 63-75
Кремний - 10-25
Хром - 5-10
Бор - 3-5 [2]
Недостатком покрытия-прототипа является низкое ангиокислительное действие при температурах выше 1350oС.The closest analogue, taken as a prototype, is a high-temperature coating composition, wt.%:
Molybdenum Disilicide - 63-75
Silicon - 10-25
Chrome - 5-10
Boron - 3-5 [2]
The disadvantage of the coating of the prototype is the low angio-oxidative effect at temperatures above 1350 o C.

Технической задачей изобретения является повышение антиокислительного действия углерод-керамических композиционных материалов при температуре 1800oС.An object of the invention is to increase the antioxidant effect of carbon-ceramic composite materials at a temperature of 1800 o C.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено высокотемпературное покрытие, содержащее кремний и бор, которое дополнительно содержит оксид гафния, борид гафния и пятиокись тантала при следующем соотношении компонентов. мас.%:
Кремний - 6-9
Бор - 2-5
Оксид гафния - 63-68
Борид гафния - 8-12
Пятиокись тантала - 12-17
Совместное введение оксида гафния, борида гафния и пятиокиси тантала в предлагаемое высокотемпературное покрытие позволяет повысить его антиокислительное действие при температуре 1800oС в связи с образованием твердых растворов внедрения переменного состава в системе НfO2 - НfSiO4 - Та2O5.The stated technical problem is achieved by the fact that the proposed high-temperature coating containing silicon and boron, which additionally contains hafnium oxide, hafnium boride and tantalum pentoxide in the following ratio of components. wt.%:
Silicon - 6-9
Boron - 2-5
Hafnium oxide - 63-68
Borid hafnium - 8-12
Tantalum Pentoxide - 12-17
The combined introduction of hafnium oxide, hafnium boride and tantalum pentoxide in the proposed high-temperature coating allows to increase its antioxidant effect at a temperature of 1800 o C in connection with the formation of solid solutions of the introduction of variable composition in the system HfO 2 - HfSiO 4 - Ta 2 O 5 .

Анализ патентной и технической литературы показал, что образование твердых растворов в системе HfO2 - HfSiO4 - Ta2O5 и их использование для повышения антиокислительного действия защитных покрытий при высоких температурах в настоящее время не известно.An analysis of the patent and technical literature showed that the formation of solid solutions in the HfO 2 - HfSiO 4 - Ta 2 O 5 system and their use to increase the antioxidant effect of protective coatings at high temperatures is not currently known.

Примеры осуществления
Для получения покрытий были приготовлены 4 композиции, соотношение компонентов в которых приведено в табл. 1.Examples of implementation
To obtain coatings were prepared 4 compositions, the ratio of components in which are given in table. 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 ч. The coating components in the form of powders of the corresponding chemical compounds were placed in a china drum with alundum balls. The mixture was loaded in the indicated ratios by no more than 3/4 of the volume of the drum in which it was mixed for 48 hours.

Высокотемпературное покрытие на образцы углерод-керамического композиционного материала наносили напылением. Образцы подвергали сушке в термошкафе при температуре 80oС. Формирование покрытия осуществляли в печи с силитовыми нагревателями при температуре 1350-1370oС в течение 20-30 мин.A high-temperature coating on the samples of the carbon-ceramic composite material was applied by spraying. The samples were dried in an oven at a temperature of 80 o C. The coating was formed in a furnace with silicone heaters at a temperature of 1350-1370 o С for 20-30 minutes.

Образцы углерод-керамического материала с защитными покрытиями испытывали на жаростойкость при температуре 1800oС в течение 10 циклов по 10 мин каждый по режиму 1800<-->20oС. Антиокислительное действие образцов с покрытиями после испытаний определялось по убыли массы в мас.%. Результаты исследований представлены в табл. 2.Samples of carbon-ceramic material with protective coatings were tested for heat resistance at a temperature of 1800 o C for 10 cycles of 10 min each according to 1800 <--> 20 o C. . The research results are presented in table. 2.

Как видно из табл. 2, антиокислительное действие предлагаемого покрытия на образцах углерод-керамического композиционного материала при использовании значительно возрастает, покрытие-прототип разрушается при температуре 1400oС.As can be seen from the table. 2, the antioxidant effect of the proposed coating on samples of carbon-ceramic composite material when used is significantly increased, the prototype coating is destroyed at a temperature of 1400 o C.

Обнаруженные микротрещины на поверхности и торцах и незначительная убыль массы образцов (менее 1 мас.%) подтверждают появление внутреннего эффекта самозалечивания предлагаемых составов защитного покрытия, предотвращающего диффузию кислорода воздуха вглубь образца. Detected microcracks on the surface and ends and a slight decrease in the mass of the samples (less than 1 wt.%) Confirm the appearance of an internal effect of self-healing of the proposed protective coating compositions, which prevents the diffusion of air oxygen deep into the sample.

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.The application of the proposed high-temperature coating will ensure the performance of nodes and parts made of carbon-ceramic composite materials and increase the reliability and resource of aircraft products by 1.5-2 times,
The proposed high-temperature coating is environmentally friendly, fire and explosion safe.

Литература
1. Патент США 453930, кл.501-88, опубл. 28.12.82 г.Literature
1. US patent 453930, CL 501-88, publ. 12/28/82

2. A.c. CCCP 464568. 2. A.c. CCCP 464568.

Claims (1)

Высокотемпературное покрытие, содержащее кремний и бор, отличающееся тем, что дополнительно содержит оксид гафния, борид гафния и пятиокись тантала при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Кремний - 6-9
Бор - 2-5
Оксид гафния - 63-68
Борид гафния - 8-12
Пятиокись тантала - 12-17High-temperature coating containing silicon and boron, characterized in that it further comprises hafnium oxide, hafnium boride and tantalum pentoxide in the following ratio of components, wt. %:
Silicon - 6-9
Boron - 2-5
Hafnium oxide - 63-68
Borid hafnium - 8-12
Tantalum Pentoxide - 12-17
RU2000130626/03A 2000-12-07 2000-12-07 High-temperature coating RU2189368C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000130626/03A RU2189368C2 (en) 2000-12-07 2000-12-07 High-temperature coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000130626/03A RU2189368C2 (en) 2000-12-07 2000-12-07 High-temperature coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2189368C2 true RU2189368C2 (en) 2002-09-20

Family

ID=20243078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000130626/03A RU2189368C2 (en) 2000-12-07 2000-12-07 High-temperature coating

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2189368C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1479659A3 (en) * 2003-05-22 2006-02-08 United Technologies Corporation Bond coating for silicon based substrates such as silicon nitride
RU2786959C1 (en) * 2022-09-28 2022-12-26 Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") Ultra-high temperature and oxidation-resistant coatings made of refractory metal diborides and silicon carbide on composite materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МОСКОВСКАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО КОМПОЗИТАМ. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, 4.2, МОСКВА. 1990, c. 153-154. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1479659A3 (en) * 2003-05-22 2006-02-08 United Technologies Corporation Bond coating for silicon based substrates such as silicon nitride
RU2786959C1 (en) * 2022-09-28 2022-12-26 Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") Ultra-high temperature and oxidation-resistant coatings made of refractory metal diborides and silicon carbide on composite materials
RU2802485C1 (en) * 2022-11-09 2023-08-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) METHOD FOR OBTAINING A HEAT-RESISTANT COATING BASED ON HfO2 FOR W-Re THERMOCOUPLES RESISTANT TO AGGRESSIVE MEDIA

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2323916C2 (en) Protecting composite parts from oxidation
SE531291C2 (en) Ceramic composite, process for its preparation, process for coating a surface with the composite including thermal spraying and articles coated with the ceramic composite
Hu et al. SiC coatings for carbon/carbon composites fabricated by vacuum plasma spraying technology
CN105198492A (en) Oxidation-resistant coating and preparation method thereof
CN113387724B (en) High-temperature-resistant long-life composite coating on surface of carbon/carbon composite material and preparation method
Chen et al. The effects of zirconium diboride particles on the ablation performance of carbon–phenolic composites under an oxyacetylene flame
RU2082694C1 (en) Method for production of protective coatings on materials and articles having carbon-containing base
CN105753514B (en) A kind of preparation method of the anti-oxidant SiC composite protection layer of carbon element of graphite material surface
CN109233619A (en) Nano ceramics water paint
CN103466646B (en) Solid-phase reaction preparation method for ceramic ytterbium silicate powder
RU2189368C2 (en) High-temperature coating
Wang et al. Fabrication of carbon fiber reinforced ceramic matrix composites with improved oxidation resistance using boron as active filler
RU92012719A (en) METHOD OF OBTAINING PROTECTIVE COATINGS ON MATERIALS AND PRODUCTS WITH A CARBON-CONTAINING BASE
Wang et al. Preparation and oxidation behavior of three-dimensional braided carbon fiber coated by SiC
RU2232738C1 (en) High temperature coating
CN108456004B (en) Preparation method of carbon/carbon composite material surface composite ceramic coating
CN106518166A (en) Carbon/carbon composite material anti-oxidation coating layer and heat treatment method
CN110304946A (en) A kind of wide temperature range antioxidant coating on ceramic matric composite surface and preparation method thereof
RU2613220C1 (en) Method of producing protective coatings on materials and articles with carbon-containing base for exploitation in high velocity oxidant streams
RU2253638C1 (en) High-temperature coating
Wang et al. Fabrication of oxidation protective coatings on C/C–SiC brake materials at room temperature
Chen et al. Environmental barrier coatings for silicon nitride
CN109385155A (en) Nano ceramics fireproof coating
Gong et al. Characterization and oxidation properties of biomorphic porous carbon with SiC gradient coating prepared by PIP method
KR20040069837A (en) Method for Making Oxidation Protective Double Coating for Carbon/Carbon Composite