Патент на изобретение №2189368

(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. Технический результат изобретения: повышение антиокислительного действия углерод-керамических композиционных материалов при 1800^oС. Предложенное высокотемпературное покрытие содержит следующие компоненты в соотношении, мас.%: кремний 6-9, бор 2,5, оксид гафния 63-68, борид гафния 8-12, пятиокись тантала 12-17. 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.

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 1300^oС.

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 1350^oС.

Технической задачей изобретения является повышение антиокислительного действия углерод-керамических композиционных материалов при температуре 1800^oС.

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 1800^oС в связи с образованием твердых растворов внедрения переменного состава в системе НfO₂ – НfSiO₄ – Та₂O₅.

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.

Примеры осуществления
Для получения покрытий были приготовлены 4 композиции, соотношение компонентов в которых приведено в табл. 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.

Высокотемпературное покрытие на образцы углерод-керамического композиционного материала наносили напылением. Образцы подвергали сушке в термошкафе при температуре 80^oС. Формирование покрытия осуществляли в печи с силитовыми нагревателями при температуре 1350-1370^oС в течение 20-30 мин.

Образцы углерод-керамического материала с защитными покрытиями испытывали на жаростойкость при температуре 1800^oС в течение 10 циклов по 10 мин каждый по режиму 1800<–>20^oС. Антиокислительное действие образцов с покрытиями после испытаний определялось по убыли массы в мас.%. Результаты исследований представлены в табл. 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 1400^oС.

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.

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.

Литература
1. Патент США 453930, кл.501-88, опубл. 28.12.82 г.

2. A.c. CCCP 464568.

Формула изобретения

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 – 12-17

РИСУНКИ