Способ защиты углеродных волокнистых материалов от окисления

(5 енко. Т,Ульянова и С, идр, Защволокнистых оюзного совытиям, Л Н итные покрыматериалов. -щания по жааука, 1983, с. нным раствоем 67 атм с йдо 1100 С в ести концентдавлением на ожно, так как ваются, либо етению по аемому эфзащитных нах путем электролидов, Жаросятся на н, которые м никеля в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт обмии АН БССР(54) СПОСОБ ЗАЛОКНИСТЫХ М л, %37щей и неорганической хиМ 3706596, кл. В 44 О 1/02,ЩИТЫ УГЛЕРОДНЫХ ВО ТЕРИАЛОВ ОТ ОКИСЛЕ(57) Использование: для создания защитнь покрытий материалов, пОдвергающихся х Способ защиты углеродных материалов от окисления относится к созданию защитных покрытий на углеродных волокнистых материалах, которые применяются в качестве тепловых экранов, теплоизоляции в печах и нагревательных аппаратах и могут подвергаться химической или термической коррозии в окислительной атмосфере.-:Известен способ защиты графита путем нанесения карбидов жаростойких металлов из газовой смеси, включающей водород, хлористый водород, а также хлориды титана, кремния, циркония или ниобия ЦОднако этот метод дорог и не позволяет равномерно покрыть волокна в центре и по краям жгута или ткани,Известен способ получения многослойных защитных покрытий на жестких углеродных и графитовых изделиях путем их предварительного вакуумирования и заполмическои и термическои коррозии в окислительной атмосфере. Сущность изобретения: углеродные волокнистые материалы пропитывают в течение 30-60 мин в растворах кремнезоля или алюмозоля с концентрацией 4 - 15 мас.% (в пересчете на сухое вещество) или в кремнийорганических жидкостях, разбавленных перхлорэтиленом или ацетоном в соотношении от 1;1 до 1;4, сушат в диапазоне температур 20-200 С при скорости нагрева 0,5 - 1 град/мин и теомообрабатывают в инертной атмосфере по следующему режиму: нагрев со скоростью 1 - 20/мин до 450 - 500"С, выдержка 1 - 2 ч, затем нагрев со скоростью 2 - 5/мин до 900 - 1800 С, выдержка 2 - 3 ч, Причем жаростойкость волокон при температчре 700-900 С 0,041 - 0,11 г/мс.2 табл,нения пор тела концентриров ром кремнезоля под давлен последующей термообработк инертной атмосфере 2.Однако равномерно нан рированный кремнезоль под углеродные волокна очень с нити и ткани при этом разрсклеиваются друг с другом. Наиболее близким к изобр технической сущности и достиг фекту является способ получения покрытий на углеродных волок осаждения на них из растворов тов карбидов, оксидов, нитри стойкие соединения нано поверхность углеродных волоко предварительно покрывают слое электролитической ванне.Однако этот метод технологически сложен и энергоемок. Кроме того, для получения равномерного покрытия необходимоконтролировать плотность тока и концентрацию компонентов в электролитической 5ванне, поскольку тугоплавкие нитриды, оксиды, карбиды имеют высокие значенияпЛотности и легко оседают на дно ванны,Целью изобретения является повышение стойкости к окислению жестких и гибких 10волокнистых материалов,3Указанная цель достигается тем, что углеродные волокнистые материалы погружают в водный раствор кремнезоля илиалюмозоля с концентрацией оксидов 4 - 1515 мас.% (в пересчете на сухое вещество)или в кремнийорганическую жидкость, разбавленную растворителем или ацетоном от1:1 до 1;4 (по объему). Пропитывают их вуказанных растворах в течение ЗО - 60 мин 20при комнатной температуре, сушат, а термообработку проводят в среде инертногогаза по следующему режиму: сначала нагревают со скоростью 1 - 2" мин до 450-500 С,выдерживают 1 - 2 ч, затем нагревают со скоростью подъема температуры 2 - 5 мин до900-1800 С, выдерживают 2"3 ч.С целью повышения стойкости углеродного материала к окислению термостойкиесоединения наносят не только наповерхность, но ивводят их в объем волокон. Углеродные волокна и материалы с покрытиямиобладают повышенной стойкостью к окислению при температурах 700 - 900 С как навоздухе; так и в парогелиевой атмосфере. 35Получение защитных покрытий описанов следующих примерах и табл, 1,П р и м е р 1, Углеродную ткань (типакорд) с конечной температурой карбонизации 500 С размером ЗОхЗО см пропитывают 40в течение 30 мин в растворе кремнезоля с.концентрацией 4 мас,%, удаляют избытоквлаги пропусканием через валики, сушат навоздухе при комнатной температуре, Термообработку проводят в среде гелия по следующему режиму: нагрев до 450 С соскоростью 10/мин, выдерживают 1 ч и затемнагревают до 1500 С со скоростью 2/мин,выдерживают 2 ч, Получают гибкую углеродную ткань размером ЗОхЗО см с покрытием 50. из карбида кремния.П р и м е р 2. Углеродную ткань (УУТ)с конечной температурой карбонизации900 С размером 25 х 25 см пропитывают втечение 45 мин враствореалюмозоля 6 мас,%, 55удаляют избыток влаги, сушат при 100 С,Термообрабатывают в атмосфере гелия следующим образом: нагрев до 480 С со скоростью 1,50/мин, выдерживают 1,5 ч, затемпродолжают нагревать со скоростью З/мин до 900 С, выдерживают 3 ч. Получают углеродную ткань эластичную размером 25 х 25 см с покрытием из оксида алюминия рентгеноаморфной структуры.П р и м е р 3, Углеродную ткань (УралТ - 15) с конечной температурой карбонизации 1500 С, содержащую 6,5 мас.% 510 г в объеме волокна, размером 35 х 30 см пропитывают в растворе кремнезоля с концентрацией 15 мас, ф в течение 60 мин, удаляют избыток жидкости, сушат на воздухе при температуре 50 С. Термообработку проводят в атмосфере осушенного азота по следующему режиму: нагрев до 500 С со скоростью 2 /мин, выдерживают 2 ч, затем нагревают одо 1100 С со скоростью 5/мин, выдерживают 2,5 ч. Получают гибкую углеродную ткань с блестящей поверхностью размером 35 х 30 см, покрытие представляет собой ЯОг со структурой й-кристобалита.П р м е р 4. Углеродный жгут весом 100 г, длиной 70 см с конечной температурой карбонизации 950 С, содержащей 5,5 мас,АгОз в объеме волокна, пропитывают в растворе диэтилсиликоната натрия (ГКЖ - 94), разбавленного (1:4) по объему перхлорэтиленом с добавкой тетрабутоксититана в течение ЗО мин, жгут отжимают, сушат при 150 С. Термообработку проводят в атмос- фере осушенного азота до 480 С со скоростью 20/мин, выдерживают 1,5 ч, затем нагревают со скоростью 5/мин до 1800 С, выдерживают 2 ч. Получают углеродный жгут с покрытием из карбида кремния.Остальные примеры приведены в табл. 1.Результаты испытания стойкости к окислению и свойства полученных материалов приведены в табл. 2. Формула изобретения Способ защиты углеродных волокнистых материалов от окисления, включающий обработку его в растворах жаростойких соединений с использованием раствора кремнезоля, сушку и термообработку, о тл ича ющи йс я тем, что, с целью повышения стойкости к окислению жестких и гибких волокнистых материалов, последние обрабатывают в течение 30 - 60 мин врастворах кремнезоля или алюмозоля с концентрацией в пересчете на сухое вещество 4- 15 мас.% или в кремнийорганических жидкостях, разбавленных перхлорэтиленом или ацетоном в соотношении от 1;1 до 1:4, а термообработку проводят в инертной атмосфере по следующему режиму; нагрев со скоростью 1 - 2 град/мин до 450 - 500 С, выдержка 1 - 2 ч, затем нагрев со скоростью 2 - 5 град/мин до 900 - 1800 С, выдержка 2 - 3 ч.: йг цБ ох с 4Х 3 О -3х 5:З О.У 6 др3- 3-Л6 щ лЕм л .3) х 3 О 3 Лх3 О21(Щ Юх с)чло -а6 ес -1- 3 Лт К ч о а 3) 6Ю 1- Ю . О ч о а 6 с 1 1 1 1 1 1 1 1 3 О 1 а гС6 1 1 3 О 1 Ч3 1 Л1- 1 д 3 О 1 еь 1 3) 1 й Ы 1 (Чнл х Н 1 3-3 О 3 О 1 1 О й Х 13 ООЭ :т ыО.ач 1 1 3-1 03-)О 1О)УЗОа1 О)ОХ 1 м Ц1 а 1 1 1 О 1 3 От 11 01 ФО 1 3 О 1 О 1 хО 1 Ю О. МК 3 Ю 61 3 О 1 Ю 4- ХЛ 11 1 1 ГО 3 1 1 с 1 а г 1 1 3 О 1 6 1л 3 3)1 Б ГО 1 йхч , л3 О 1 3-ОХ 1 1Ое.01 аач3 ОО 3- О 11766882 Таблица 2 Потеря массы при окислении, г/мз, с Разрывная нагрузка послеокисления в парогелиевой смеси 900 С (пооснове), кгс Образцы примеров Коэффициенттеллопроводности, ет/м К Разрывнаянагрузка пооснове, кгс на воздухе в парогелие вой смеси,ЭОО С Й-Сг Са 3 11-Т 112,0 320 26,8 26,7 П 1-2 вСЮь-А 1 з 01 17,3 21,2 П р и м е ч а н и е:- прочность нитиь материалы без покрытий Составитель И, Ермоленко .Техред М.Моргентал Корректор А, Мотьль Редактор Заказ 3518 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 12345678Э10УУТУралТЯ УралТ80,8 1195 136,7 17+15,2 178,612016,515392,5100,61255150,0 0,146О, 168О, 15900620,1970,1430,090,1350,1280,1470,1670,210Прототип 0,041 0,049 0,047 0,064 0,050 0,037 0,033 0,075 0,077 0,050 0,160 0,145 0,090 0,062 0,071 0,058 0087 0,071 0,049 0,068 0095 0,088 0,071 0,250 0,193 0,160 0,093 0,106 0,092 0,112 0,104 0,085 0,100 0,110 0,095 0,085 О,538 0,443 0 238 0,008 0,010 0,006 0,011 0009 0,003 0,007 0,085 0,075 0,009 0,021 0,020 0,019 77,5112,3135,515,212,7176,5110