Патент на изобретение №2253638

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2253638 (13) C1
(51) МПК 7
C04B41/87, C04B35/00
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 27.01.2011 – действует

(21), (22) Заявка: 2003131296/03, 28.10.2003

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

28.10.2003

(45) Опубликовано: 10.06.2005

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2189368 C1, 20.09.2002. SU 464568 A, 01.07.1975. SU 1787982 A, 15.01.1993. WO 95/24364 A1, 14.10.1997. DE 19634855 A1, 07.11.2000.

Адрес для переписки:

105005, Москва, ул. Радио, 17, ФГУП “ВИАМ”

(72) Автор(ы):

Солнцев С.С. (RU),
Исаева Н.В. (RU),
Ермакова Г.В. (RU),
Максимов В.И. (RU)

(73) Патентообладатель(и):

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

(54) ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОКРЫТИЕ

(57) Реферат:

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.

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано для защиты от окисления неметаллических материалов на основе карбидокремниевой матрицы и наполнителя из углеродного волокна, работающих при температуре до 2000°С.

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°С20°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°С20°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.

Формула изобретения

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

Categories: BD_2253000-2253999