RU2322425C1 - СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ И ОБЪЕМНОЙ ЗАЩИТЫ КЕРАМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ТИПА C/SiC И SiC/SiC - Google Patents
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ И ОБЪЕМНОЙ ЗАЩИТЫ КЕРАМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ТИПА C/SiC И SiC/SiC Download PDFInfo
- Publication number
- RU2322425C1 RU2322425C1 RU2006132077/03A RU2006132077A RU2322425C1 RU 2322425 C1 RU2322425 C1 RU 2322425C1 RU 2006132077/03 A RU2006132077/03 A RU 2006132077/03A RU 2006132077 A RU2006132077 A RU 2006132077A RU 2322425 C1 RU2322425 C1 RU 2322425C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sic
- composite
- oxides
- group
- drying
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии нанесения покрытий с целью создания поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов типа C/SiC и SiC/SiC от окисления при повышенных температурах эксплуатации изделий. Способ поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов типа C/SiC и SiC/SiC включает насыщение композиционного материала тугоплавкими оксидами элементов IV группы: Ti, Zr, Hf, Th, U, сушку, дальнейшую обработку композита водными или органическими растворами или золями соединений металлов III группы и термообработку. Тугоплавкие оксиды IV группы и оксиды актиноидов наносят на композит из 30-50%-ной (по массе) водноорганической суспензии фракционированных нанокристаллических микропорошков с размером сферических частиц 0,8-1,5 мкм, состоящих из наночастиц размером 20-150 нм, сушку осуществляют при температуре 150-300°С, водные и органические растворы и золи готовят из солей металлов III группы (Al, Sc, Y, все лантаноиды) или комплексных соединений этих металлов, окончательную термообработку осуществляют при температуре 900-1000°С, после чего наносят защитный стекловидный слой. Технический результат изобретения - обеспечение поверхностной и объемной защиты композита от окисления при высоких температурах эксплуатации, получение высокотемпературных кристаллических фаз при низких температурах синтеза, а также обеспечение возможности изменения состава покрытий на стадии их нанесения и получения градиентных покрытий. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии нанесения покрытий с целью создания поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов типа C/SiC и SiC/SiC от окисления при повышенных температурах эксплуатации изделий.
Известно защитное покрытие от окисления композита C/SiC на основе силиката иттрия, обладающего низким модулем Юнга, низким термическим коэффициентом линейного расширения, высокой стойкостью к окислению (J.D.Webster, M.E.Westwood, F.H.Hayes, R.J.Day and ets. "Oxidation Protection Coatings for C/SiC Based on Yttrium Silicate" J. of Eur.Cer.Soc., 18, 2345, 1998). В статье также раскрыт способ нанесения такого покрытия, в соответствии с которым готовят водный шликер из порошка Y2О3 с минимальным размером частиц 3,5 мкм и микрокристаллического порошка SiO2 с минимальным размером частиц 2,5 мкм. Покрытие наносят методом окунания, после чего осуществляют обжиг. Покрытие, изготовленное указанным способом, проявляет недостаточную стойкость к окислению при температуре 1600°С.
Известен способ создания многослойного защитного покрытия, внешний слой которого формируется из соединений с низким коэффициентом термического линейного расширения, включающих силикаты редкоземельных элементов, оксид гафния или гафнийсодержащие смеси оксидов. Промежуточный слой состоит преимущественно из муллита и алюмосиликата стронцийбариевого, кальция или магния. В качестве внутреннего связующего слоя применяется кремний. Покрытие наносят дорогостоящим методом плазменного напыления (US 6759151, кл. В32В 9/04, опубл. 06.07.2004).
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения многослойного покрытия на композитах типа типа C/SiC и SiC/SiC, включающий приготовление золя из металлоксидных прекурсоров, представляющих собой алкоксиды или органоортосиликаты алюминия, гафния, лантана, титана, магния, тория, урана, тантала, германия и циркония, в котором в результате гидролиза и пептизации образуются коллоидные частицы размером от 0,0005 до 10 мкм, далее частичное обезвоживание золя, нанесение его на поверхность изделия, проведение термофореза для создания покрытия заданной толщины и дальнейшая сушка. Операции нанесения золя на поверхность с последующей сушкой могут быть проведены несколько раз (US 4921731, кл. В05D 3/02, опубл. 01.05.1990).
Недостатком прототипа является невозможность регулирования дисперсности и функциональных свойств покрытия.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, позволяющего получать защитные высокотемпературные антиокислительные покрытия на керамоматричных композиционных материалах с возможностью широкого регулирования их состава и функциональных свойств, а также получения градиентных покрытий.
Технический результат достигается тем, что предложен способ поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов типа C/SiC и SiC/SiC, включающий насыщение композита оксидами тугоплавких металлов, выбранных из группы Ti, Zr, Hf, Th, U, сушку и термообработку, отличающийся тем, что оксиды тугоплавких металлов наносят из водноорганической суспензии фракционированных нанокристаллических микропорошков, а сушку осуществляют при температуре 150-300°С, дальнейшую пропитку композита проводят водными или органическими растворами или золями соединений металлов, выбранных из группы: алюминий, скандий, иттрий и лантаноиды, окончательную термообработку осуществляют в восстановительной или инертной среде при 800-1000°С, после чего наносят защитный стекловидный слой.
Наиболее целесообразно, чтобы что размер фракции применяемых нанокристаллических микропорошков тугоплавких оксидов составлял 0,8-1,5 мкм при концентрации их в суспензии 30-50 мас.%.
Предпочтительным является использование в качестве водных растворов солей металлов хлоридов и нитратов элементов III группы: алюминий, скандий, иттрий и все лантаноиды, причем с концентрацией от 5 до 15 мас.% при пересчете на оксид металла.
Желательно комплексные соединения металлов использовать в виде алкоксоацетилацетонатов, в которых в качестве алкоксолигандов применяют метоксо-, этоксо-, пропоксо-, бутоксо- или пентоксо-группы.
Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами.
Пример 1.
Готовят 30 мас.% суспензию, включающую предварительно отфракционированный микропорошок нанокристаллов ZrO2 со средним размером микрочастиц 1,0-1,0 мкм, состоящих из кристаллов размером 20-50 нм, в смеси воды с этанолом в соотношении 1:4. Композиционный материал C/SiC насыщают приготовленной суспензией. Сушат при 200°С, после чего сферические частицы ZrO2 пропитывают раствором бутоксоацетилацетоната лантана в бутаноле с концентрацией 10% при пересчете на оксид лантана, пропитку раствором бутоксоацетилацетоната лантана и его гидролиз повторяют несколько раз до получения необходимого соотношения оксидов металлов, далее термообрабатывают при 800°С в восстановительной среде и затем наносят суспензию порошка стронцийалюмосиликатного стекла и обжигают при температуре 700°С.
Пример 2.
Готовят суспензию отфракционированного микропорошка нанокристаллов HfO2 с размером сферических частиц 0,8-1,0 мкм в среде воды с ацетоном в соотношении 1:2. Композиционный материал SiC/SiC обрабатывают приготовленной суспензией и сушат при температуре 200°С. Далее пропитывают 5% раствором этоксоацетилацетоната лантана в спирте, пропитку раствором комплекса лантана и его гидролиз повторяют 5 раз для достижения требуемого соотношения оксидов металлов, термообрабатывают при 1000°С в среде инертного газа, наносят суспензию порошка стекла и термообрабатывают при 850°С.
Другие примеры осуществления изобретения раскрыты в таблице 1.
Выбранные сочетания оксидов тугоплавких металлов IV группы или некоторых актиноидов, наносимых на композит в виде водноорганических суспензий, и оксидов металлов III группы, которыми в виде водных или органических растворов или золей осуществляется пропитка сферических частиц тугоплавких металлов, обеспечивают получение высокотемпературных кристаллических фаз, имеющих высокие температуры плавления (выше 2000°С), высокую химическую стойкость, при этом их синтез осуществляется при низких температурах (не выше 1000°С).
Установленный фракционный состав оксидов тугоплавких металлов (0,8-1,5 мкм), их концентрация в водноорганической суспензии (30-50 мас.%) обеспечивают получение оптимальной толщины слоя покрытия. При меньших значениях указанных параметров толщина покрытия недостаточна для создания антиокислительного слоя, при больших значениях толщина слоя увеличивается, что в некоторых случаях приводит к его отслаиванию, в результате чего повышаются потери при испытании на воздухе.
Выбранный интервал термообработки (800-1000°С) в восстановительной или инертной среде обеспечивает получение заданной высокотемпературной кристаллической фазы типа Ме2R2О7. При меньших температурах не проходит синтез требуемых кристаллических фаз.
В таблице 1 приводятся также результаты испытаний композиционных материалов с разными видами защитных покрытий на воздухе при температуре 1600°С и выдержке более 30 часов. Результаты представлены в виде потерь массы образцов после окончания испытаний.
Таким образом, заявленный способ обладает следующими преимуществами:
- обеспечивает поверхностную и объемную защиту композита;
- получающиеся в результате взаимодействия оксидов элементов IV группы с оксидами элементов III группы - титанаты, цирконаты и гафнаты алюминия, скандия и редкоземельных элементов имеют температуры плавления выше 2000°С, устойчивы к окислению при высоких температурах и для большинства из них отсутствуют полиморфные превращения в широком интервале температур;
- нанокристаллические микропорошки сферической формы и золи обеспечивают получение более плотных покрытий, что исключает диффузию кислорода, проявляющуюся в малой величине потерь массы при высокой температуре эксплуатации;
- обеспечивается возможность получения высокотемпературных кристаллических фаз при низких температурах синтеза до 1000°С;
- обеспечивается возможность изменения состава покрытий на стадии их нанесения и возможность получения градиентных покрытий.
Поверхностная и объемная защита керамоматричных композитов типа C/SiC и SiC/SiC, осуществляемая по предлагаемому способу, обеспечивает получение покрытий разного фазового состава и соответственно широкого спектра функциональных свойств, что позволит расширить область их применения, отрывая возможность их использования при высоких температурах при воздействии окислительных и иных агрессивных сред, что требует химическая промышленность, теплоэнергетика, авиакосмическая техника.
Claims (4)
1. Способ поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов типа C/SiC и SiC/SiC, включающий насыщение композита оксидами тугоплавких металлов, выбранных из группы Ti, Zr, Hf, Th, U сушку и термообработку, отличающийся тем, что оксиды тугоплавких металлов наносят из водноорганической суспензии фракционированных нанокристаллических микропорошков, а сушку осуществляют при температуре 150-300°С, дальнейшую пропитку композита проводят водными или органическими растворами или золями соединений металлов, выбранных из группы: алюминий, скандий, иттрий и лантаноиды, окончательную термообработку осуществляют в восстановительной или инертной среде при 800-1000°С, после чего наносят защитный стекловидный слой.
2. Способ поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов по п.1, отличающийся тем, что размер фракции применяемых нанокристаллических микропорошков тугоплавких оксидов составляет 0,8-1,5 мкм при концентрации их в суспензии 30-50 мас.%.
3. Способ поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов по п.1, отличающийся тем, что в качестве водных растворов соединений металлов используют хлориды и нитраты элементов III группы: алюминий, скандий, иттрий и все лантаноиды, причем с концентрацией от 5 до 15 мас.% при пересчете на оксид металла.
4. Способ поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов по п.1, отличающийся тем, что комплексные соединения металлов представляют собой алкоксоацетилацетонаты, в качестве алкоксолигандов, в которых применяют метоксо-, этоксо-, пропоксо-, бутоксо-, или пентоксогруппы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132077/03A RU2322425C1 (ru) | 2006-09-07 | 2006-09-07 | СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ И ОБЪЕМНОЙ ЗАЩИТЫ КЕРАМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ТИПА C/SiC И SiC/SiC |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132077/03A RU2322425C1 (ru) | 2006-09-07 | 2006-09-07 | СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ И ОБЪЕМНОЙ ЗАЩИТЫ КЕРАМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ТИПА C/SiC И SiC/SiC |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2322425C1 true RU2322425C1 (ru) | 2008-04-20 |
Family
ID=39454015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006132077/03A RU2322425C1 (ru) | 2006-09-07 | 2006-09-07 | СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ И ОБЪЕМНОЙ ЗАЩИТЫ КЕРАМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ТИПА C/SiC И SiC/SiC |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2322425C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463279C1 (ru) * | 2011-04-26 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | ЗАЩИТНОЕ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ SiC-СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ |
RU2519250C2 (ru) * | 2008-12-24 | 2014-06-10 | Снекма Пропюльсьон Солид | Барьер для защиты от окружающей среды для жаростойкого субстрата, содержащего кремний |
RU2520108C2 (ru) * | 2008-12-04 | 2014-06-20 | Снекма Пропюльсьон Солид | Способ выравнивания поверхности детали, изготовленной из композиционного материала с керамической матрицей |
RU2601676C1 (ru) * | 2015-10-21 | 2016-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Высокотемпературное антиокислительное покрытие для керамических композиционных материалов на основе карбида кремния |
RU2656638C2 (ru) * | 2013-06-13 | 2018-06-06 | Эракль | Защитный материал от воздействия среды для тугоплавкой подложки, содержащей кремний |
CN112195491A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-08 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种基于微弧氧化的SiC-Al2O3涂层的制备方法 |
CN112226800A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-15 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种铝合金表面叠层陶瓷涂层的制备方法 |
-
2006
- 2006-09-07 RU RU2006132077/03A patent/RU2322425C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SHIRO SHIMADA et al. High temperature oxidation at 1500 and 1600°C of SiC/Graphite coated with sol-gel derived HfO 2 , J.Am.Cer. Soc., 88, 4, 845-849, 2005. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520108C2 (ru) * | 2008-12-04 | 2014-06-20 | Снекма Пропюльсьон Солид | Способ выравнивания поверхности детали, изготовленной из композиционного материала с керамической матрицей |
RU2519250C2 (ru) * | 2008-12-24 | 2014-06-10 | Снекма Пропюльсьон Солид | Барьер для защиты от окружающей среды для жаростойкого субстрата, содержащего кремний |
RU2463279C1 (ru) * | 2011-04-26 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | ЗАЩИТНОЕ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ SiC-СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ |
RU2656638C2 (ru) * | 2013-06-13 | 2018-06-06 | Эракль | Защитный материал от воздействия среды для тугоплавкой подложки, содержащей кремний |
RU2601676C1 (ru) * | 2015-10-21 | 2016-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Высокотемпературное антиокислительное покрытие для керамических композиционных материалов на основе карбида кремния |
CN112195491A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-08 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种基于微弧氧化的SiC-Al2O3涂层的制备方法 |
CN112226800A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-15 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种铝合金表面叠层陶瓷涂层的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2322425C1 (ru) | СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ И ОБЪЕМНОЙ ЗАЩИТЫ КЕРАМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ ТИПА C/SiC И SiC/SiC | |
She et al. | High‐strength porous silicon carbide ceramics by an oxidation‐bonding technique | |
RU2401821C2 (ru) | Способ увеличения прочности пористых керамических изделий и изделия, изготовленные этим способом | |
JP5877711B2 (ja) | 反応性プラズマ処理に耐性をもつ保護コーティング | |
Wang et al. | Estimate of the activation energies for boundary diffusion from rate‐controlled sintering of pure alumina, and alumina doped with zirconia or titania | |
Huang et al. | ZrO2–SiO2 gradient multilayer oxidation protective coating for SiC coated carbon/carbon composites | |
Ananthakumar et al. | Microstructural, mechanical and thermal characterisation of sol–gel-derived aluminium titanate–mullite ceramic composites | |
JP2012508683A (ja) | プラズマに曝露されるセラミックス部品を接合するための耐食性接合剤 | |
JP2010029940A (ja) | 方向性鋳造用の高エミッタンスシェルモールド | |
JP5925190B2 (ja) | 水不透過性のセラミック分離膜の製造方法および該製造方法で得られるセラミック分離膜 | |
Marple et al. | Graded compositions and microstructures by infiltration processing | |
Park et al. | Preparation of zirconia–mullite composites by an infiltration route | |
Kayal et al. | Incorporation of mullite as a bond phase into porous SiC by an infiltration technique | |
Pletnev et al. | Mullite-corundum materials based on mullite binder resistant to high-temperature deformation | |
US5308806A (en) | Method for improving refractory metal fiber reinforced molybdenum disilicide composites | |
Zhu et al. | An oxidation protective coating prepared by SiC densifying HfB2-SiC skeleton for SiC-coated C/C composites at 1473, 1773, and 1973 K | |
Zhao et al. | Influence of yttrium oxide addition and sintering temperature on properties of alumina‐based ceramic cores | |
DE102004053959B4 (de) | Keramikmaterial und seine Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen mit dem Keramikmaterial | |
Parcianello et al. | Mullite/zirconia nanocomposites from a preceramic polymer and nanosized fillers | |
JP5341597B2 (ja) | 窒化ケイ素フィルターの製造方法及び窒化ケイ素フィルター | |
Torrecillas et al. | Functionally graded zircon–molybdenum materials without residual stresses | |
JP2013147377A (ja) | 耐アルカリ性の無機多孔質体およびその製造方法 | |
US5281565A (en) | Molybdenum disilicide matrix composites reinforced with refractory metal fibers | |
Sieber et al. | Manufacturing of porous oxide ceramics from bioorganic preforms | |
Shi et al. | Densification and micro structure development of alumina/Y-TZP composite powder (Y-TZP-rich) compacts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130908 |