RU2535537C1 - Стеклокерамическое покрытие на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов и способ его получения - Google Patents
Стеклокерамическое покрытие на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2535537C1 RU2535537C1 RU2013137183/03A RU2013137183A RU2535537C1 RU 2535537 C1 RU2535537 C1 RU 2535537C1 RU 2013137183/03 A RU2013137183/03 A RU 2013137183/03A RU 2013137183 A RU2013137183 A RU 2013137183A RU 2535537 C1 RU2535537 C1 RU 2535537C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- organo
- coating
- yttrium
- chc
- solvent
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к способу получения защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий состава Y2O3-Al2O3-SiO2 на карбидокремниевых волокнах. Технический результат изобретения заключается в снижении вязкости покрытия. Стеклокерамическое покрытие выполнено на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов общей формулы: [(R**O)sY(OH)tOr]k·[Al(OR)1(OR*)x(OH)zOy]m·[SiR***2O]g, где k, m, g=3-12; s+t+2r=3; 1+x+2y+z=3; R - CnH2n+1, n=2-4; R* - C(CH3)=CHC(O)CnH2n+1, C(CH3)=CHC(O)OCnH2n+1; R** - C(СН3)=СНС(О)CH3,R*** - OC2H5, CH3, CH2=CH, и растворителя при соотношении компонентов, масс. %:
органоиттрийоксаналюмоксансилоксан - 2-4; растворитель - остальное до 100. Каждый слой полимерного покрытия подвергают сушке в воздушной и влажной атмосферах при комнатной температуре в течение 1,5-3 часов. Затем волокна с отвержденными покрытиями термообрабатывают в воздушной среде при температуре 1500°C с выдержкой 30-180 мин. Толщина покрытия варьируется от 0,4 до 2 мкм в зависимости от количества слоев, наносимых на карбидокремниевые волокна. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к области химической промышленности, авиационной и космической техники, в частности, к способам получения защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий состава Y2O3-Al2O3-SiO2 на карбидокремниевых волокнах с использованием пленкообразующих композиций на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов.
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 смесь оксидов гафния, циркония, тантала. Промежуточный слой состоит преимущественно из муллита и барийстронцивоего алюмосиликата. В качестве внутреннего связующего слоя применяется кремний (S 6759151, 2004 / Multilayer article characterized by low coefficient of termal expansion outer. Kang N. Lee).
Основным недостатком известного изобретения является нанесение покрытие дорогостоящим методом плазменного напыления.
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. Hayers, R.J. Day and ets. "Oxidation Protection Coating for C/CSiC Dased on Yttrium Silicate" J. of Eur. Cer. Soc., 18, 2345, 1998).
Однако такое покрытие проявляет недостаточную стойкость к окислению при температуре 1600°C.
Известен способ получения защитного стеклокристаллического покрытия для SiC-содержащих материалов, который включает приготовление золь-гель 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 многократного 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. Получаемое покрытие включает оксиды иттрия, алюминия, кремния и дополнительно содержит HfO2 при следующем соотношении компонентов, мол. %: Y2O3=10-12; Al2O3=14-17; HfO2=1-5; SiO2 - остальное (Патент RU 2463279, МПК C04B 41/87, 2012).
К недостаткам известного способа можно отнести необходимость использования специального оборудования, сложность и многостадийность технологического процесса, высокую энергоемкость, а также высокие трудовые затраты.
Наиболее близкими к предложенному и принятыми нами в качестве прототипа являются связующие, в которых в качестве иттрийалюмокремниевого соединения применяют иттрийсодержащий органоалюмоксансилоксан общей формулы: [(R**O)sY(OH)tOr]k·[Al(OR)1(OR*)x(OH)zOy]m·[SiR***2O]g, где k, m, g=3-12; s+t+2r=3; 1+x+2y+z=3; R - CnH2n+1, n=2-4; R* - С(CH3)=CHC(O)CnH2n+1, C(CH3)=CHC(O)OCnH2n+1; R** - C(СН3)=CHC(O)CH3, R*** - OC2H5, CH3, CH2=CH, и дополнительно растворитель (алифатический спирт или углеводород), при следующем соотношении компонентов, масс. %:
иттрийсодержащий органоалюмоксансилоксан | 5-90 |
растворитель | остальное до 100 |
Способ получения известных связующих заключается в том, что взаимодействие полиалкоксиалюмоксанов проводят с тетраэтоксисиланом, алкил(алкен)- или алклксисиланами и гидратом ацетилацетоната иттрия {[CH3(O)CCH=C(CH3)O]3Y·2,5H2O} в среде органического растворителя при температуре 20-50°C (Патент RU 2453550, МПК C007F 5/00, C08G 79/14, C09D 183/04, 2012).
Недостатками данного изобретения является то, что при данном соотношении компонентов связующие обладают повышенной вязкостью, что затрудняет процесс нанесения их на керновые и бескерновые карбидокремниевые волокна и является причиной образования дефектов полученных защитных покрытий (наплывов, сколов, отслаиваний, трещин).
Задачей предлагаемого изобретения является получение защитных высокотемпературных антиокислительных стеклокерамических покрытий состава Y2O3-Al2O3-SiO2 на керновых и бескерновых карбидокремниевых волокнах с использованием пленкообразующей композиции на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения стеклокерамических покрытий состава Y2O3-Al2O3-SiO2 из полимерного покрытия, которое наносят методом окунания кернового или бескернового карбидокремниевого волокна (или пучка волокон) в пленкообразующие композиции на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов общей формулы: [(R**O)sY(OH)tOr]k·[Al(OR)l(OR*)x(OH)zOy]m·[SiR***2O]g, где k, m, g=3-12; s+t+2r=3; 1+x+2y+z=3; R - CnH2n+1, n=2-4; R* - C(CH3)=CHC(O)CnH2n+1, C(CH3)=CHC(O)OCnH2n+1; R** - С(CH3)=CHC(O)CH3, R*** - OC2H5, CH3, CH2=СН, и растворителя (алифатический спирт или углеводород), отличающиеся соотношением основных компонентов, масс. %:
органоиттрийоксаналюмоксансилоксан | 2-4 |
растворитель | остальное до 100 |
Растворы органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов в органических растворителях гидролитически устойчивы в атмосфере воздуха.
Нанесение полимерного покрытия на керновые и бескерновые карбидокремниевые волокна осуществляют методом погружения волокна (или пучка волокон) в пленкообразующие композиции с заданным мольным отношением Y:Al:Si. Каждый слой отверждают при комнатной температуре в воздушной атмосфере и влажной среде. Затем волокна с отвержденными покрытиями подвергают термообработке.
Изучение морфологии поверхности и элементного состава защитных покрытий на SiC-волокнах после термообработки осуществлялось с использованием сканирующего электронного микроскопа, совмещенного с энергодисперсионным анализатором (EDS). Результаты СЭМ с EDS представлены на рисунке 1. Видно образование плотного беспористого, равномерного покрытия как на бескерновых, так и на керновых SiC-волокнах.
Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.
Пример 1.
Готовят раствор органоиттрийоксаналюмоксансилоксана по следующей схеме: взвешивают 6 г органоиттрийоксаналюмоксансилоксана, далее дозируют 5,88 г растворителя (углеводорода или алифатического спирта), перемешивают реакционную массу до полного растворения органоиттрийоксаналюмоксансилоксана. Получают 2 масс % раствор керамообразующего олигомера (табл.1).
Нанесение полимерного покрытия на карбидокремниевое волокно осуществляют методом окунания волокна в данный раствор керамообразующего олигомера. Каждый слой полимерного покрытия подвергают сушке в воздушной и влажной атмосферах при комнатной температуре в течение 1,5-3 часов. Волокна с отвержденными покрытиями термообрабатывают в воздушной среде при температуре 1500°C с выдержкой 30-180 мин. В результате получают многослойное стеклокерамическое покрытие оксидного состава системы Y2O3-Al2O3-SiO2. Толщина покрытия варьируется от 0,4 до 2 мкм в зависимости от количества слоев, наносимых на карбидокремниевые волокна (табл.2).
Остальные примеры выполнены аналогично примеру 1, данные приведены в табл.1 и табл.2.
В табл.2 представлены физико-механические исследования полученных термообработанных волокон с защитными покрытиями, которые осуществлялись с помощью универсальной настольной электромеханической испытательной машины Instron модели 5942 с программным обеспечением Bluehill. В результате проведенных испытаний на прочность при растяжении установлено, что исходные волокна карбида кремния имеют прочность 480-1830 МПа при диаметре волокна 16-20 мкм. А волокна с оксидными покрытиями после термообработки при 1500°C обладают прочностью 130-1250 МПа при диаметре волокна 14-43 мкм.
Защита волокон карбида кремния, осуществляемая по заявляемому способу, обеспечивает получение стекловидных покрытий, открывающих возможность их использования при высоких температурах при воздействии окислительных и иных агрессивных сред, что требует химическая промышленность, теплоэнергетика, авиационная и космическая техника.
Таблица 1 | |||||
Пленкообразующие растворы | |||||
№ п/п | ОИАС | Растворитель | Концентрация раствора С, % | ||
Al:Y:Si | m, г | Наименование растворителя | m, г | ||
1 | 1:1,25:0,7 | 6 | Толуол | 5,88 | 2 |
2 | 1:1,25:0,7 | 8 | Толуол | 7,68 | 4 |
3 | 1:0,8:2,5 | 5 | Толуол | 4,9 | 2 |
4 | 1:0,8:2,5 | 9 | Толуол | 8,64 | 4 |
5 | 1:0,8:2,5 | 8 | Спирт | 7,84 | 2 |
6 | 1:1,25:0,7 | 12 | Спирт | 11,72 | 4 |
Таблица 2 | |||
Физико-механические характеристики карбидокремниевых волокон со стеклокерамическими покрытиями | |||
№ п/п | Количество слоев | Толщина покрытия, мкм | Прочность при растяжении, МПа |
1 | 2 | 0,4-0,6 | 220-620 |
2 | 3 | 0,5-0,8 | 180-580 |
3 | 1 | 0,4-0,7 | 750-1250 |
4 | 2 | 0,6-1 | 400-830 |
5 | 3 | 0,7-1,5 | 150-450 |
6 | 4 | 0,7-2 | 130-410 |
Claims (2)
1. Стеклокерамическое покрытие на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов общей формулы:
[(R**O)sY(OH)tOr]k·[Al(OR)l(OR*)x(OH)zOy]m·[SiR***2O]g,
где k, m, g=3-12; s+t+2r=3; 1+x+2y+z=3;
R - CnH2n+1, n=2-4; R* - С(СН3)=СНС(O)CnH2n+1, С(СН3)=СНС(O)OCnH2n+1;
R** - С(СН3)=СНС(О)СН3,
R*** - OC2H5, CH3, СН2=СН, и растворителя (алифатический спирт или углеводород), отличающееся тем, что соотношение основных компонентов, масс. %, составляет:
органоиттрийоксаналюмоксансилоксан 2-4
растворитель остальное до 100
[(R**O)sY(OH)tOr]k·[Al(OR)l(OR*)x(OH)zOy]m·[SiR***2O]g,
где k, m, g=3-12; s+t+2r=3; 1+x+2y+z=3;
R - CnH2n+1, n=2-4; R* - С(СН3)=СНС(O)CnH2n+1, С(СН3)=СНС(O)OCnH2n+1;
R** - С(СН3)=СНС(О)СН3,
R*** - OC2H5, CH3, СН2=СН, и растворителя (алифатический спирт или углеводород), отличающееся тем, что соотношение основных компонентов, масс. %, составляет:
2. Способ получения защитных высокотемпературных антиокислительных стеклокерамических покрытий методом погружения кернового или бескернового карбидокремниевого волокна (или пучка волокон) в пленкообразующие композиции, отличающийся тем, что каждый слой полимерного покрытия подвергают сушке в воздушной и влажной атмосферах при комнатной температуре в течение 1,5-3 часов, затем волокна с отвержденными покрытиями термообрабатывают в воздушной среде при температуре 1500°C с выдержкой 30-180 мин, при этом получают многослойное стеклокерамическое покрытие оксидного состава системы Y2O3-Al2O3-SiO2, причем толщина покрытия варьируется от 0,4 до 2 мкм в зависимости от количества слоев, наносимых на карбидокремниевые волокна.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137183/03A RU2535537C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Стеклокерамическое покрытие на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137183/03A RU2535537C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Стеклокерамическое покрытие на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов и способ его получения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2535537C1 true RU2535537C1 (ru) | 2014-12-20 |
Family
ID=53286012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013137183/03A RU2535537C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Стеклокерамическое покрытие на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов и способ его получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2535537C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2748906C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-06-01 | Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (АО "ВНИИНМ") | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСКЕРНОВОГО КАРБИДОКРЕМНИЕВОГО ВОЛОКНА β-МОДИФИКАЦИИ |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1766882A1 (ru) * | 1990-05-21 | 1992-10-07 | Институт общей и неорганической химии АН БССР | Способ защиты углеродных волокнистых материалов от окислени |
US5599624A (en) * | 1995-07-03 | 1997-02-04 | General Electric Company | Amorphous silicon oxycarbide coated silicon carbide or carbon fibers |
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 |
US6312763B1 (en) * | 1999-04-15 | 2001-11-06 | United Technologies Corporation | Silicon based substrate with yttrium silicate environmental/thermal barrier layer |
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 |
RU2453550C1 (ru) * | 2011-03-09 | 2012-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП ГНИИХТЭОС) | Способ получения иттрийсодержащих органоалюмоксансилоксанов, связующие и пропиточные композиции на их основе |
-
2013
- 2013-08-08 RU RU2013137183/03A patent/RU2535537C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1766882A1 (ru) * | 1990-05-21 | 1992-10-07 | Институт общей и неорганической химии АН БССР | Способ защиты углеродных волокнистых материалов от окислени |
US5599624A (en) * | 1995-07-03 | 1997-02-04 | General Electric Company | Amorphous silicon oxycarbide coated silicon carbide or carbon fibers |
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 |
US6312763B1 (en) * | 1999-04-15 | 2001-11-06 | United Technologies Corporation | Silicon based substrate with yttrium silicate environmental/thermal barrier layer |
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 |
RU2453550C1 (ru) * | 2011-03-09 | 2012-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП ГНИИХТЭОС) | Способ получения иттрийсодержащих органоалюмоксансилоксанов, связующие и пропиточные композиции на их основе |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2748906C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-06-01 | Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (АО "ВНИИНМ") | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСКЕРНОВОГО КАРБИДОКРЕМНИЕВОГО ВОЛОКНА β-МОДИФИКАЦИИ |
WO2022108475A1 (ru) * | 2020-11-17 | 2022-05-27 | Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСКЕРНОВОГО КАРБИДОКРЕМНИЕВОГО ВОЛОКНА β-МОДИФИКАЦИИ |
US11959192B2 (en) | 2020-11-17 | 2024-04-16 | Bochvar High-Tech. Res. Inst. For Inorg. Materials | Method for producing non-core beta silicon carbide fibers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5583554B2 (ja) | 複合材でできた部品の酸化からの保護 | |
RU2401821C2 (ru) | Способ увеличения прочности пористых керамических изделий и изделия, изготовленные этим способом | |
Liu et al. | Polymer-derived yttrium silicate coatings on 2D C/SiC composites | |
US20090297718A1 (en) | Methods of fabricating environmental barrier coatings for silicon based substrates | |
Wang et al. | Gradient structure high emissivity MoSi2-SiO2-SiOC coating for thermal protective application | |
CN105859304B (zh) | 一种三维碳纤维预制体界面涂层制备方法 | |
CN112374917B (zh) | 一种高温陶瓷涂层及其制备方法 | |
US5789325A (en) | Coating electronic substrates with silica derived from polycarbosilane | |
US5516596A (en) | Method of forming a composite, article and composition | |
Xia et al. | Improving the oxidation resistance of carbon fibers using silicon oxycarbide coatings | |
KR100776252B1 (ko) | 탄소재 상에 내산화성 다층코팅을 형성하는 방법 | |
Wang et al. | Oxidation mechanism of SiC–Zirconia–Glass ceramic coated carbon/carbon composites at 1123–1273 K | |
Konegger et al. | Preparation of polymer-derived ceramic coatings by dip-coating | |
RU2535537C1 (ru) | Стеклокерамическое покрытие на основе органоиттрийоксаналюмоксансилоксанов и способ его получения | |
WANG et al. | Oxidation behavior of SiC f/SiC composites modified by layered-Y 2 Si 2 O 7 in wet oxygen environment | |
JP2006265080A (ja) | セラミックス複合材とその製造方法 | |
Chen et al. | High temperature oxidation behavior of silicon carbide ceramic | |
CZ341595A3 (en) | Abrasion-resistant protective layer against oxidation of bodies made of silicon carbide | |
Vijay et al. | Effect of boron inclusion in SiOC polymer derived matrix on the mechanical and oxidation resistance properties of fiber reinforced composites | |
RU2529685C1 (ru) | Керамическая суспензия для создания защитных высокотемпературных антиокислительных покрытий на углеродных материалах | |
RU2463279C1 (ru) | ЗАЩИТНОЕ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ SiC-СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | |
Chen et al. | Environmental barrier coatings for silicon nitride | |
KR101331403B1 (ko) | 그라파이트 상에 실리콘카바이드를 코팅하는 방법 | |
Shcherbakova et al. | Glass-ceramic coatings based on organoyttroxanealumoxanesiloxanes | |
RU2716621C1 (ru) | Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160401 |