RU2529685C1 - Керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий на углеродных материалах - Google Patents
Керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий на углеродных материалах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529685C1 RU2529685C1 RU2013137184/03A RU2013137184A RU2529685C1 RU 2529685 C1 RU2529685 C1 RU 2529685C1 RU 2013137184/03 A RU2013137184/03 A RU 2013137184/03A RU 2013137184 A RU2013137184 A RU 2013137184A RU 2529685 C1 RU2529685 C1 RU 2529685C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sio
- temperature
- ceramic
- binder
- sic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химической промышленности, авиационной и космической техники, в частности к получению защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий на основе керамических суспензий органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов для создания состава Y2O3-Al2O3-SiO2 на керамоматричных композитах типа C/C и C/SiC с целью получения высокотермостойких в окислительной атмосфере композиционных материалов. Предлагаемая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий содержит связующее - толуольный раствор органоиттрийоксаналюмоксансилоксана и наполнитель - смесь мелкодисперсных огнеупорных порошков Al2O3, Y2O3, SiO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее (толуольный раствор органоиттрийоксаналюмоксансилоксана) 30-50, Al2O3 14-20, Y2O3 23-33, SiO2 остальное до 100. Технический результат изобретения - повышение термостойкости композитных материалов с покрытием в окислительной атмосфере. 2 пр., 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области химической промышленности, авиационной и космической техники, в частности к получению керамических суспензий на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий состава Y2O3-Al2O3-SiO2 на керамоматричных композитах типа C/C и C/SiC с целью получения высокотермостойких в окислительной атмосфере композиционных материалов.
Предложен способ поверхностной и объемной защиты керамоматричных композитов типа C/SiC и SiC/SiC, который 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 мас.% водно-органической 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°C, 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°C, после чего наносят защитный стекловидный слой (Патент RU 2322425, МПК C04B 41/87, 2008).
К недостаткам данного защитного покрытия следует отнести многостадийность его получения, а также высокую себестоимость за счет использования в составе дорогостоящих компонентов, в частности фракционированных нанокристаллических микропорошков.
Предложен способ объемной защиты углеродсодержащих материалов, исключающей их деградацию и обладающей повышенной окислительной стойкостью. Готовят смесь углеродсодержащего соединения (фенолформальдегидная, эпоксидная, полиэфирная смолы, поливинилпирролидон или поливиниловый спирт) в органическом растворителе (ацетон, этанол, ацетонитрил или ацетоуксусный эфир) с растворимым кремнийсодержащим соединением (тетраэтоксисилан, триэтоксиметоксисилан, этилсиликат-40), обработанным катализатором гидролиза (соляная кислота, лимонная кислота, муравьиная кислота или уксусная кислота), проводят гидролиз, затем этой смесью, нагретой до 40-90°C, осуществляют пропитку углеродсодержащих материалов с использованием ультразвукового воздействия до гелеобразования, ультразвуковое воздействие (УЗ) при пропитке углеродсодержащих материалов проводят на частоте 35-40 кГц, пропитанный материал сушат сначала при 60-80°C в течение 10-24 часов, затем при 100-140°C в течение 4-12 часов, после чего проводят термообработку сначала при 450-1000°C и разрежении 1-10-2-1-10-1 кПа в течение 1-4 часов, затем поднимают температуру до 1100-1400°C и выдерживают пропитанный материал в течение 4-20 часов при разрежении 10-5-10-2 кПа. (Патент RU 2350580, МПК C04B 35/565, 2009).
Недостатком данного способа является использование для пропитки образцов специальных устройств (ультразвук), применение аппаратуры, работающей при пониженном давлении, а также длительность отдельных стадий и процесса в целом, что делает данный способ трудоемким и нетехнологичным.
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. Покрытие наносят из водного шликера (порошок Y2O3 с размером частиц 3,5 мкм и порошок SiO2 с размером частиц 2,5 мкм) методом окунания и обжигают (J.D. Webster, M.E. Westwood, F.H. Hayes, R.J. Day and ets. ″Oxidation Protection Coating for C/SiC Based on Yttrium Silicate″ J. of Eur. Cer. Soc, 18, 2345, 1998).
К недостаткам известного покрытия можно отнести недостаточную стойкость к окислению при температуре 1600°C по причине его высокой пористости.
Наиболее близкими по технической сущности и принятыми в качестве прототипа являются защитное стеклокристаллическое покрытие и способ его получения. Способ включает приготовление раствора вязкостью 2-4 мПа·с из смесей элементоорганических соединений кремния и алюминия и растворимых солей иттрия и гафния, его послойное нанесение на SiC-содержащий материал путем много кратного погружения в раствор, извлечения из него со скоростью 5-10 см/мин, сушку каждого слоя при температуре 70-80°C, термообработку при 1450-1550°C в нейтральной среде, выдержку при этой температуре 1-2 ч, охлаждение до 1150-1250°C, выдержку при этой температуре 1-2 ч и дальнейшее охлаждение до комнатной температуры (Патент RU 2463279, МПК C04B 41/87, 2012). Защитное стеклокристаллическое покрытие для SiC-содержащих материалов включает оксиды иттрия, алюминия, кремния и HfO2 при следующем соотношении компонентов, мол.%: Y2O3=10-12; Al2O3=14-17; HfO2=1-5; SiO2 - остальное.
К недостаткам известного способа можно отнести необходимость использования специального оборудования, сложность и многостадийность технологического процесса, высокую энергоемкость, а также высокие трудозатраты.
Задачей данного изобретения является получение керамических суспензий на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий состава Y2O3-Al2O3-SiO2 на керамоматричных композиционных материалах C/C и C/SiC с целью получения высокотермостойких в окислительной атмосфере композиционных материалов.
Для решения поставленной задачи предлагается керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий, включающая в себя связующее - толуольный раствор органоиттрийоксаналюмоксансилоксана и наполнитель - смесь мелкодисперсных огнеупорных порошков Al2O3, Y2O3, SiO2 при следующем соотношении компонентов, масс %:
Связующее (толуольный раствор | |
органоиттрийоксаналюмоксансилоксана) | 30-50 |
Оксид алюминия Al2O3 | 14-20 |
Оксид иттрия Y2O3 | 23-33 |
Оксид кремния SiO2 | остальное до 100 |
Данное соотношение обеспечивает образование защитного стеклокерамического покрытия на керамоматричных композиционных материалах C/C и C/SiC при температурах выше 1500°C в окислительной атмосфере.
Связующее - толуольный раствор органоиттрийоксаналюмоксансилоксана (ИОАС) с концентрацией основного вещества 15-30% получают известным способом (Патент RU 2453550, МПК C07F 5/00, C08G 79/14, C09D 183/04, C07F 5/06, 2012).
Для приготовления суспензии в качестве наполнителя используют смесь мелкодисперсных огнеупорных порошков Al2O3, Y2O3, SiO2 с размером частиц 5-7 мкм.
Приготовление керамической суспензии осуществляют путем ручного или механического перемешивания наполнителя и связующего в течение 20-30 мин в емкости с мешалкой с плотно прилегающей крышкой. Наполнитель, вводимый в состав керамической суспензии, подвергается предварительной прокалке при температуре 600°C в течение 2-х часов. Вязкость суспензии задается расчетным соотношением исходных компонентов. Выдержка суспензии после приготовления 15-20 мин для удаления пузырьков воздуха.
Для уменьшения дефектности наносят многослойные покрытия (3-5 слоев). Пиролиз нанесенных защитных оксидных покрытий проводят в засыпке порошка корунда.
Суть достижения технического результата заключается в том, что при использовании предлагаемой керамической суспензии (после пиролиза) на образцах композиционных материалов C/C и C/SiC образуется стеклокерамическое защитное покрытие, которое имеет хорошую адгезию, равномерно распределено по всей поверхности образца и заполняет его поры, неровности, дефекты, тем самым защищает образец от агрессивной среды и повышает термостойкость углеродных материалов в окислительной атмосфере выше 1500°C.
Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами.
Пример 1
Суспензию (состав 30 мас.% связующего и 70 мас.% наполнителя) готовят следующим образом. В связующее (15% толуольный раствор иттрийсодержащего этилацетоацетатэтоксиалюмоксансилоксана) вводят наполнитель - смесь мелкодисперсных огнеупорных порошков размером частиц 5-7 мкм в количестве Al2O3 - 19 мас.%, Y2O3 - 32 мас.%, SiO2 - 19 мас.%. Указанные компоненты тщательно перемешивают в течение 20-30 минут, далее суспензия выстаивается 15-20 минут для удаления пузырьков воздуха. Полученную керамическую суспензию наносят на изделие методом окунания или кистью, дают стечь излишкам и помещают изделие в сушильный шкаф с влажностью более 90% на 60-80 минут. После чего изделие вынимают и выдерживают на воздухе в течение 30-60 минут для удаления избытка влаги. Далее повторяют процедуру нанесения и сушки каждого слоя еще 2-4 раза. Пиролиз высокотемпературного покрытия на композитах C/C и C/SiC проводится в порошкообразном корунде в воздушной атмосфере: осуществляется нагрев со скоростью 5°C/мин до температуры 1600°C и выдержка при 1600°C в течение 1 ч. Охлаждение образца до комнатной температуры проводится вместе с печью. Охлаждение образца до комнатной температуры проводится вместе с печью. Получают экспериментальные образцы композитов C/C и C/SiC с поверхностным защитным оксидным стеклокерамическим покрытием состава Y2O3-Al2O3-SiO2.
Пример 2
Суспензию (состав 25 мас.% связующего и 75 мас.% наполнителя) готовят следующим образом. В связующее (20% толуольный раствор иттрийсодержащего этилацетоацетатбутоксиэтоксиалюмоксансилоксана) вводят наполнитель - смесь мелкодисперсных огнеупорных порошков размером частиц 5-7 мкм в количестве Al2O3 - 14,4 мас.%, Y2O3 - 23 мас.%, SiO2 - 37,6 мас.%. Компоненты тщательно перемешивают в течение 30 минут, далее суспензия выстаивается 15-20 минут для удаления пузырьков воздуха. Полученную керамическую суспензию наносят на изделие методом окунания или кистью, дают стечь излишкам и помещают изделие в сушильный шкаф с влажностью более 90% на 60-80 минут. После чего изделие вынимают и выдерживают на воздухе в течение 30-60 минут для удаления избытка влаги. Далее повторяют процедуру нанесения и сушки каждого слоя еще 2-4 раза. Пиролиз высокотемпературного покрытия на композитах C/C и C/SiC проводится в порошкообразном корунде в воздушной атмосфере: осуществляется нагрев со скоростью 5°C/мин до температуры 1600°C и выдержка при 1600°C в течение 1 ч. Охлаждение образца до комнатной температуры проводится вместе с печью. Получают экспериментальные образцы композитов C/C и C/SiC с поверхностным защитным оксидным стеклокерамическим покрытием состава Y2O3-Al2O3-SiO2.
Другие примеры осуществления изобретения раскрыты в таблице 1.
Типичная микроструктура и элементный состав образцов композитов с поверхностным защитным оксидным покрытием на основе керамической суспензии исследовали с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), совмещенного с энергодисперсионным анализатором (EDS).
На рисунке 1 представлены микрофотографии СЭМ пиролизованных в атмосфере воздуха при 1600°C C/C композитов с поверхностным защитным оксидным покрытием на основе керамической суспензии (пиролиз в атмосфере воздуха при 1600°C и выдержке в течение 1 ч.), на которых хорошо видно, что защитный оксидный слой плотно ложится на углеродные волокна, то есть имеет хорошую адгезию.
Типичный элементный состав защитного слоя на C/C композите после пиролиза в атмосфере воздуха при 1600°C (выдержка 1 ч) представлен на рисунке 2.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение термостойкости углеродных материалов с поверхностным защитным оксидным стеклокерамическим покрытием состава Y2O3-Al2O3-SiO2 в окислительной атмосфере выше 1500°C.
Таблица 1 | |||||||||||||||
№ | Тип композита | Состав суспензии | Соотношение Связ.: Напол. | Количество слоев | Режим сушки | Режим термообработки | Потери массы при 1600°C, % | ||||||||
Связующее, % | Наполнитель, % | Температура, °C | Время, ч | Влажность, % | Температура, °C | Время, ч | Среда | ||||||||
ИОАС | Толуол | Al2O3 | Y2O3 | SiO2 | |||||||||||
1 | C/C | 15 | 85 | 19 | 32 | 19 | 30:70 | 4 | 20 | 1 | 96 | 1600 | 1 | воздух | 16,2 |
2 | C/SiC | 15 | 85 | 19 | 32 | 19 | 30:70 | 3 | 20 | 1 | 95 | 1600 | 1 | воздух | 7,8 |
3 | C/C | 20 | 80 | 14,4 | 23 | 37,6 | 25:75 | 4 | 20 | 1 | 97 | 1600 | 1 | воздух | 15,4 |
4 | C/SiC | 20 | 80 | 14,4 | 23 | 37,6 | 25:75 | 3 | 20 | 1 | 97 | 1600 | 1 | воздух | 8,1 |
5 | C/c | 25 | 75 | 17 | 28 | 15 | 40:60 | 4 | 20 | 1 | 98 | 1600 | 1 | воздух | 16,7 |
Claims (1)
- Керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий, отличающаяся тем, что в ее состав входит связующее, состоящее из толуольного раствора органоиттрийоксаналюмоксансилоксана, и наполнитель, представляющий собой смесь мелкодисперсных огнеупорных порошков Al2O3, Y2O3, SiO2, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Связующее (толуольный раствор органоиттрийоксаналюмоксансилоксана) 30-50 Оксид алюминия Al2O3 14-20 Оксид иттрия Y2O3 23-33 Оксид кремния SiO2 остальное до 100
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137184/03A RU2529685C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий на углеродных материалах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137184/03A RU2529685C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий на углеродных материалах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2529685C1 true RU2529685C1 (ru) | 2014-09-27 |
Family
ID=51656771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013137184/03A RU2529685C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий на углеродных материалах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2529685C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109384475A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-02-26 | 长安大学 | 一种联合提高SiCf/SiC复合材料高温抗水氧腐蚀性能的方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6225248B1 (en) * | 1998-11-02 | 2001-05-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Refractory oxidative-resistant ceramic carbon insulation |
RU2350580C1 (ru) * | 2008-04-03 | 2009-03-27 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Способ защиты углеродсодержащих материалов карбидом кремния |
RU2010152489A (ru) * | 2008-06-06 | 2012-07-20 | Снекма Пропюльсьон Солид (Fr) | Способ получения самовосстанавливающегося слоя на детали из композитного материала углерод/углерод |
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 |
-
2013
- 2013-08-08 RU RU2013137184/03A patent/RU2529685C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6225248B1 (en) * | 1998-11-02 | 2001-05-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Refractory oxidative-resistant ceramic carbon insulation |
RU2350580C1 (ru) * | 2008-04-03 | 2009-03-27 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Способ защиты углеродсодержащих материалов карбидом кремния |
RU2010152489A (ru) * | 2008-06-06 | 2012-07-20 | Снекма Пропюльсьон Солид (Fr) | Способ получения самовосстанавливающегося слоя на детали из композитного материала углерод/углерод |
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 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109384475A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-02-26 | 长安大学 | 一种联合提高SiCf/SiC复合材料高温抗水氧腐蚀性能的方法 |
CN109384475B (zh) * | 2018-10-09 | 2021-10-01 | 长安大学 | 一种联合提高SiCf/SiC复合材料高温抗水氧腐蚀性能的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105198492B (zh) | 一种抗氧化涂层及其制备方法 | |
US9890089B2 (en) | Compositions and methods for thermal spraying a hermetic rare earth environmental barrier coating | |
US6740408B2 (en) | Protecting composite material parts against oxidation | |
CN100355700C (zh) | 碳化硅纤维增强碳化硅复合材料制备方法 | |
US9085991B2 (en) | Protective coatings for ceramic matrix composite substrates and methods for improving the wear resistance thereof and coated articles produced therefrom | |
US20170247787A1 (en) | Environmental barrier coating and methods of preparation | |
US20060147699A1 (en) | Protective ceramic coating | |
KR20070090068A (ko) | 보호 피막 증착 방법, 피복된 물품 및 피막 조성물 | |
EP2264208A1 (en) | Coating structure and surface treating method | |
JP6039877B2 (ja) | 耐環境コーティングの表面粗度を向上させる方法及び表面粗度が向上した耐環境コーティングを有する部品 | |
JP2020100546A (ja) | 自己治癒セラミック基複合材料成分の形成方法、およびセラミック基複合材料成分 | |
JP2001505519A (ja) | 高温での酸化から保護された耐火性複合材料、上記材料の前駆体、これらの製造 | |
RU2359948C2 (ru) | Способ защиты от окисления изделий из композитного материала, содержащего углерод, и изделие, защищенное этим способом | |
RU2529685C1 (ru) | Керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий на углеродных материалах | |
CN116375504A (zh) | 一种碳基或陶瓷基复合材料表面的致密高温抗氧化涂层及其制备方法 | |
CN110713386A (zh) | 一种C/SiC摩擦材料的制备方法 | |
RU2535537C1 (ru) | Стеклокерамическое покрытие на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов и способ его получения | |
RU2463279C1 (ru) | ЗАЩИТНОЕ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ SiC-СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | |
EP1156024A1 (en) | Composite ceramic precursors and layers | |
KR102197552B1 (ko) | 치밀화된 탑 코팅을 포함한 비산화물 기판 및 이의 제조 방법 | |
CN104854060A (zh) | 用于航空航天应用的可再利用的耐高温纺织品 | |
CN110963824B (zh) | 一种氧化钇掺杂煅烧莫来石-硅酸锆环境障碍涂层及制备方法 | |
KR102295705B1 (ko) | 금속 피복용 내열코팅 조성물 및 그 제조 방법 | |
CN105155251A (zh) | 一种具有多孔氧化铝涂层的碳化硅纤维的制备方法 | |
CN105175025A (zh) | 一种碳化硅纤维表面氧化铝-氧化钛复合涂层的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160401 |