защитное покрытие

Формула изобретения

Защитное покрытие, содержащее жидкое калиевое стекло и порошкообразные наполнители, отличающееся тем, что оно содержит в качестве порошкообразных наполнителей карбид кремния, графит и кремнефтористый натрий при соотношении компонентов, мас.ч.:

жидкое калиевое стекло	100-150
карбид кремния	100-200
графит	1-12
натрий кремнефтористый	0-12

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к композициям защитных покрытий и может быть использовано в химической, металлургической, авиационной промышленности и, например, в производстве углеродных, углерод-карбидокремниевых материалов и изделий из них.

Известно термостойкое покрытие (далее «покрытие»), содержащее жидкое калиевое стекло и порошкообразный наполнитель (JP 61-35151, кл. С04В 35/66, 41/87, опубл. 11.08.86, реф.). Покрытие применяется в качестве термостойкой защиты с высокой излучающей способностью.

По своим признакам и достигаемому результату это покрытие наиболее близко к заявленному и принято за прототип.

В этом покрытии в качестве связующего используют жидкое калиевое стекло, в качестве порошкообразного наполнителя - смесь карбида кремния, графита, оксида алюминия, нитрида кремния, тетраоксида трикобальта, алюмокобальтового сплава и ферросилиция.

Недостаток известного покрытия заключается в малой его надежности из-за недостаточно высоких температурных характеристик и величины адгезии к различным материалам, в том числе, к углеродным и углерод-карбидокремниевым материалам.

Низкая термостойкость покрытия объясняется недостаточно высоким содержанием самого термостойкого компонента - карбида кремния (2200°С), составляющим всего 17-22%, и высоким суммарным содержанием остальных менее термостойких компонентов. Кроме того, совместное присутствие в порошкообразном наполнителе окислов металлов (Al₂O₃ и Co₃ O₄) и углерода в его кристаллической форме (графит), являющегося сильным восстановителем, приводит к тому, что при высоких температурах происходит восстановление металлов углеродом из их окислов по химической реакции:

МеО+С Me+СО

МеО+СО Me+CO₂

Термостойкость же самих металлов, как правило, ниже, чем их окислов. Таким образом, упомянутая особенность состава порошкообразного наполнителя покрытия приводит, во-первых, к непостоянству состава порошкообразного наполнителя и снижению термостойкости покрытия в целом, во-вторых.

Низкая адгезия покрытия к углеродным и углерод-карбидокремниевым материалам объясняется весьма разнородным составом порошкообразного наполнителя и с точки зрения теории адгезии (Берлин А.А., Басин В.Е. «Основы теории адгезии полимеров», М.: Химия, 1974, 392 с.) недостаточным его химическим сродством к вышеуказанным материалам, которые, будучи неполярными, плохо смачиваются полярными веществами, к типу которых относится большинство компонентов порошкообразного наполнителя.

Задача изобретения заключается в повышении надежности покрытия.

Эта задача решается усовершенствованием состава покрытия, содержащего жидкое калиевое стекло и порошкообразные наполнители.

Усовершенствование заключается в том, что в качестве порошкообразных наполнителей используют графит, карбид кремния и кремнефтористый натрий, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

жидкое калиевое стекло	100-150
графит	1-12
карбид кремния	100-200
натрий кремнефтористый	0-12

Использование в покрытии жидкого калиевого стекла и порошкообразных наполнителей в вышеуказанных массовых частях позволяет повысить надежность покрытия за счет повышения его термостойкости и величины адгезии к различным материалам.

При этом использование жидкого стекла позволяет связать все компоненты покрытия в единый, монолитный материал, кремнефтористого натрия - ускорить отверждение покрытия, а также стабилизировать время отверждения, а при его отсутствии - увеличить жизнеспособность покрытия. Наличие графита обеспечивает повышение адгезии покрытия к углеродным и углерод-карбидокремниевым материалам. Карбид кремния, наряду с повышением адгезии, например к углерод-карбидокремниевым материалам, обеспечивает повышение термостойкости покрытия.

При изготовлении предлагаемого покрытия в жидкое калиевое стекло вводят кремнефтористый натрий в качестве катализатора отверждения, предварительно тщательно растертый в фарфоровой ступке, и перемешивают или не вводят. Затем вводят графит, карбид кремния, с последующим перемешиванием.

При этом полученное покрытие затвердевает при нормальной температуре через 18-24 часа и окончательно отверждается после термообработки при 200°С воздушным феном или в термошкафу в течение 1-2 часов.

Затем изготавливают образцы для проведения физико-маханических испытаний адгезионной прочности покрытия при равномерном отрыве в соответствии с ОСТ 92-1476-8-78. При этом за счет введения графита повышается химическое сродство покрытия к углеродным материалам, а карбида кремния - к углерод-карбидокремниевым материалам в особенности. Это, в свою очередь, также приводит к повышению адгезии покрытия к материалу подложки, а следовательно, к повышению надежности покрытия. В качестве материала подложки использовали карбидизированный углерод-углеродный композиционный материал (УУКМ) «Кама» (ТУ 1619-010-07523132-2007).

Использование в составе покрытия тугоплавкого компонента - карбида кремния, помимо увеличения адгезионной прочности, обеспечивает его повышенную термостойкость.

Все приведенные данные подтверждены результатами испытаний образцов покрытия, приведенными в таблице.

№ п/п	Содержание компонентов покрытия, мас.ч.	Адгезионная прочность покрытия при равномерном отрыве, отр	Термостойкость, °С
Жидкое калиевое стекло	Натрий кремнефтористый	Графит	Карбид кремния	МПа	кГс/см2
1	80	0	0	70	2,01	20,4	920
2	100	0	1	100	2,43	24,8	1140
3	115	9	4	130	2,57	26,2	1370
4	125	10	8	150	2,79	28,5	1420
5	135	11	10	170	2,96	30,2	1560
6	150	12	12	200	2,90	29,6	1600
7	170	16	16	240	2,02	20,6	1170
8	Покрытие ТПК	1,72	17,6	900

Измерения проводили по ОСТ 92-1476-78. Выход компонентов за обозначенные пределы ведет к негарантированному качеству покрытия.

Защитное покрытие, благодаря наличию в его составе связующего жидкого калиевого стекла и порошкообразных наполнителей в вышеприведенных соотношениях, характеризуется по сравнению с прототипом большей надежностью, а при выполнении без кремнефтористого натрия - большей жизнеспособностью, т.е. большим временем желатинизации, определяемым по ГОСТ 10587-84 п.4.9, и, тем самым, обеспечением возможности проведения с ним технологических операций в течение гораздо большего времени, что также повышает его надежность и технологичность.