способ изготовления композиционного материала на основе спеченного диоксида кремния
Классы МПК: | C04B35/14 на основе диоксида кремния C04B41/84 соединения, содержащими одну или более связей металла с углеродом или кремния с углеродом |
Автор(ы): | Русин Михаил Юрьевич (RU), Пашутина Тамара Алексеевна (RU), Василенко Василий Васильевич (RU), Мужанова Любовь Павловна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-06-04 публикация патента:
10.02.2009 |
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к изготовлению антенных обтекателей ракет. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и термостойкости изделий. Способ получения композиционного материала на основе спеченного диоксида кремния включает пропитку заготовки ацетоновым раствором фенолоформальдегидной смолы в течение 1-2 часов, затем заготовку сушат на воздухе, после чего пропитывают ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганических смол в соотношении 1:1 и полимеризуют.
Формула изобретения
Способ получения композиционного материала на основе спеченного диоксида кремния, включающий пропитку заготовки ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганической смолы, сушку и полимеризацию, отличающийся тем, что заготовку сначала пропитывают ацетоновым раствором фенолоформальдегидной смолы в течение 1-2 ч, сушат на воздухе и затем пропитывают ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганических смол в соотношении 1:1.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к изготовлению антенных обтекателей ракет. Кроме этого, изобретение может найти применение в машиностроительной, строительной и других областях промышленности при создании изделий, обладающих высокой прочностью в сочетании с радиопрозрачностью во всем диапазоне температур эксплуатации.
Материалом для изготовления обтекателей, работающих кратковременно при температуре выше 900°С, служит кварцевая керамика, обладающая кроме хороших стабильных диэлектрических характеристик и стойкости к термоудару высокой пористостью, но недостаточной прочностью.
Известен способ получения композиционного материала, заключающийся в пропитке пористых неорганических материалов битумным маслом путем окунания с последующей сушкой на воздухе. При этом битумное масло после сушки не переходит в неплавкое, нерастворимое состояние и при температуре 100°С и выше деструктирует с выделением большого количества углеродсодержащих веществ, что приводит к потере радиопрозрачности и разупрочнению материала (патент Франции №2046539, МКИ С04В 4/00, 1973).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения упрочняющего и защитного слоя в оболочке антенного обтекателя путем пропитки внутренней поверхности керамической оболочки ацетоновым раствором смеси кремнийорганической и фенолоформальдегидной смол (патент России №2263090, С04В 41/84, 35/14 от 27.10.05).
Недостатком этого способа является то, что упрочняющий слой имеет толщину по всей поверхности пропитываемой оболочки, не превышающую 1 мм, которой недостаточно для максимального упрочнения материала в зоне заделки шпангоута.
Кроме того, стойкость к термоокислительной деструкции отвержденного сополимера кремнийорганической и фенолоформальдегидной смол по сравнению с чистой кремнийорганической смолой (продукт ТМФТ) ниже на 150-200°С из-за большого содержания фенолоформальдегидной смолы, превышающего в 2 раза содержание продукта ТМФТ, что ограничивает область применения данной композиции.
Технический результат настоящего изобретения заключается в увеличении прочности и повышении термостойкости композиционного материала на основе спеченного диоксида кремния.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения композиционного материала на основе спеченного диоксида кремния, включающем пропитку заготовки ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганической смол, сушку и полимеризацию, заготовку сначала пропитывают ацетоновым раствором фенолоформальдегидной смолы в течение 1-2 часов, сушат на воздухе и затем пропитывают ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганических смол в соотношении 1:1.
Экспериментальные работы показали, что прочность композиционного материала на основе спеченного диоксида кремния, предварительно пропитанного фенолоформальдегидной смолой, на 30% больше, чем кварцевой керамики, пропитанной смесью фенолоформальдегидной и кремнийорганической смол.
Это происходит вследствие того, что молекула кремнийорганической смолы (продукт ТМФТ) имеет большой размер и менее подвижна, чем молекула фенолоформальдегидной смолы, что препятствует ее проникновению в поры кварцевой керамики.
Самая напряженная зона в оболочке антенного обтекателя - зона заделки шпангоута, которую необходимо максимально упрочнять. Это можно достичь за счет пропитки фенолоформальдегидной смолой, проникающей в поры керамического материала на всю его толщину.
А для защиты этой зоны от высоких температур и для обеспечения упрочняющего и защитного эффекта при неизменных радиотехнических характеристиках композиционного материала зона пропитки заготовки фенолоформальдегидной смолой и остальная внутренняя поверхность заготовки защищается тонким слоем смеси кремнийорганической и фенолоформальдегидной смолы в соотношении 1:1.
Технологический процесс получения композиционного материала на основе спеченного диоксида кремния заключается в следующем:
Заготовку из спеченного диоксида кремния, обработанную в размер:
- обезжиривают ацетоном,
- сушат на воздухе,
- пропитывают внутреннюю поверхность заготовки ацетоновым раствором фенолоформальдегидной смолы в течение 1-2 часов методом сообщающихся сосудов в зоне заделки шпангоута;
- сушат на воздухе,
- пропитывают внутреннюю поверхность заготовки ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганической смолы в соотношении 1:1 методом облива или методом сообщающихся сосудов,
- сушат на воздухе,
- полимеризуют в термостате при температуре 220-240°С в течение 4-6 часов.
Для работы были использованы кремнийорганическая смола - продукт ТМФТ (ТУ 6-02-933-74) и фенолоформальдегидная смола СФ340А (ГОСТ 18694-80).
Время пропитки 1-2 часа определяется размером толщины и плотностью пропитываемой заготовки из спеченного диоксида кремния.
Примеры конкретного выполнения.
Для примера была использована оболочка антенного обтекателя из спеченного диоксида кремния, обработанная в размер.
Как было сказано ранее, самым напряженным участком в оболочке антенного обтекателя является зона заделки шпангоута, поэтому эта зона пропитывается на всю толщину стенки заготовки, а высота пропитанного участка должна быть на 15-20 мм больше высоты шпангоута. Глубина пропитки остальной части внутренней поверхности не должна превышать 1 мм.
Пример 1
Обезжиривание оболочки;
- сушка на воздухе;
- закрепление оболочки на установке;
- пропитка зоны заделки шпангоута ацетоновым раствором фенолоформальдегидной смолы в течение 1 часа;
- сушка на воздухе;
- пропитка внутренней поверхности ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганической смолы в соотношении 1:1 методом облива;
- полимеризация при 220°С в течение 6 часов.
Пример 2
Обезжиривание оболочки;
- сушка на воздухе;
- закрепление оболочки на установке;
- пропитка зоны заделки шпангоута ацетоновым раствором фенолоформальдегидной смолы в течение 1,5 часов;
- сушка на воздухе;
- пропитка внутренней поверхности оболочки ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганической смолы в соотношении 1:1 методом сообщающихся сосудов;
- полимеризация при 230°С в течение 5 часов.
Пример 3
Обезжиривание оболочки;
- сушка на воздухе;
- закрепление оболочки на установке;
- пропитка зоны заделки шпангоута ацетоновым раствором фенолоформальдегидной смолы в течение 2 часов;
- сушка на воздухе;
- пропитка внутренней поверхности ацетоновым раствором смеси фенолоформальдегидной и кремнийорганической смолы в соотношении 1:1 методом облива;
- полимеризация при 240°С в течение 4 часов.
Заявленный способ позволяет получить максимально возможное упрочнение материала в зоне заделки шпангоута.
Термостойкость защитного слоя, состоящего из сополимера фенолоформальдегидной и кремнийорганической смолы в соотношении 1:1, выше на 100-150°С по сравнению с прототипом.
Класс C04B35/14 на основе диоксида кремния
Класс C04B41/84 соединения, содержащими одну или более связей металла с углеродом или кремния с углеродом