Разработка высокотемпературных защитных покрытий на углеродсодержащие композиционные материалы применительно к особотеплонагруженным элементам конструкций авиакосмической и ракетной техники

• Автор: Астапов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 207 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Углеродсодержащие КМ как конструкционные материалы

1.2. Требования к защитным покрытиям, работающим в сверхзвуковых потоках кислородсодержащих газов

1.3. Однослойные жаростойкие покрытия на УКМ и методы их формирования

1.4. Многослойные композициопные покрытия на УКМ и методы их формирования

1.4.1. Стеклокерамические покрытия на основе силикатного стекла и тугоплавких соединений
1.4.2. Стеклокерамические покрытия, полученные реакционным синтезом тугоплавких соединений

1.4.3. Покрытия на основе оксидной керамики.

1.4.4. Бескислородные реакционносвязанные покрытия.

1.4.5. Гетерофазные покрытия интерметаллического типа.

1.5. Обоснование цели и основных научнотехнических задач
2. РАЗРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПОДЛОЖКИ
2.1. Выбор химической системы и компонентного состава базовых материалов
для покрытий.
2.2. Принципы дополнительного легирования сплавов базовой системы П2Мо2ВУ.
2.3. Технология приготовления материалов для нанесения покрытий
2.4. Обоснование выбора подложки и изучение ее структурноморфологических особенностей
2.5. Выводы к главе 2.
3. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ
3.1. Исследование и разработка технологических режимов получения покрытий шликернообжиговым методом
3.2. Исследование покрытий в свежесформированном состоянии
3.3. Разработка способа формирования жаро и эрозионностойких покрытий по
бсзобжиговой технологии.
3.4. Выводы к главе 3
4. ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ОБРАЗЦОВ И МОДЕЛЕЙ ИЗ У КМ С РАЗРАБОТАННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ.
4.1. Сопротивление высокотемпературному окислению в условиях естественной конвекции воздуха
4.2. Сопротивление высокотемпературной газовой коррозии и эрозии при взаимодействии с высокоэиталышйными потоками воздушной плазмы
4.2.1. Стендовые испытания разработанных покрытий в сверх и гиперзвуко
вых потоках высокоэнтальиийной воздушной плазмы ФГУП ЦАГИ.
4.2.2. Стендовые испытания разработанных покрытий в дозвуковых потоках высокоэнтальпийной воздушной плазмы ИПМех РАН
4.2.3. Стендовые испытания безобжиговых ремонтных покрытий в сверх и гиперзвуковых потоках высокоэнтальпийной воздушной плазмы
ФГУП ЦАГИ.
4.3. Исследование теплофизических и физикомеханических свойств образцов из УКМ с разработанными покрытиями
4.3.1. Излучатсльная способность покрытий
4.3.2. Каталитическая активность покрытий
.3. Адгезионная прочность покрытий
4.3.4. Влияние покрытий на механические свойства УКМ.
4.4. Рекомендации по использованию разработок в реальном секторе экономики. 6 . Выводы к главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Такой УУКМ обеспечивает более благоприятный комплекс физикохимических характеристик прочности, теплопроводности, упругости, радиационной стойкости и др. УКМ стадийности, последовательности операций, температурновременных режимов и др Так, в , задачи создания композиционных материалов на основе углеродного волокна и карбида кремния, работоспособных при высоких температурах в окислительных средах в т. Одни из них имеют пониженную реакционную способность, поскольку используется углеродуглеродный материал с барьерным противодиффузионным к кремнию покрытием пироуглерод, карбид кремния, нитрид кремния или их сочетание. Слои с предельно высокой реакционной способностью изготавливаются из препрега на основе углеродных волокон и связующего. Различие состава в поверхностных и внутренних слоях материала по содержанию карбида кремния иили нитрида кремния, а также архитектурное исполнение этих слоев позволяют обеспечить за счет наружного слоя, состоящего практически из 0 8Ю, герметичность внутренних слоев, содержащих менее 8Ю, а также варьировать плотностью УККМ. Известны также слоистые УКМ, имеющие фактически трехслойную конструкцию поверхностный слой материал системы С8Ю, внутренние слои практически чистого СС , . При формировании углепластиковой заготовки прямым прессованием высокомодульных тканей получают разное распределение и величину транспортных пор по толщине материала. УКМ с более высоким комплексом физикомеханических характеристик. Например, авторы патентов решают эти задачи последовательно совершенствованием техпроцесса в части создания объемноармированных каркасов разной архитектуры из углеродных нитей и в части последующих процессов пироуплотнения и силицирования различными модернизированными способами. В то же время предельные температуры эксплуатации УКМ, приводимые авторами, как правило, не превышают С при естественной конвекции воздушной среды. В редких случаях указывается, что материал работоспособен в высокоскоростных окислительных потоках при температурах до С , , однако подтверждающих экспериментальных данных не приводится. Наиболее технологически освоенные отечественной промышленностью УКМ с относительно стабильными физикомеханическими и теплофизическими свойствами приведены в табл. Эксплуатационные характеристики этих материалов представлены наряду с широко известным зарубежным УУКМ Сепкарб , . КМ с двухмерными схемами армирования 2 ЭСепкарб применяются при создании, как правило, крупногабаритных и тонкостенных деталей с повышеннойударной прочностью. В случае необходимости повышения прочности при сдвиге таких УКМ применяют прошивку исходного пакета углеродной ткани Гравимол, ГравимолВ, Карбосил, многозаходную намотку КУПВМ2, КУПВМПУ или армирование в межслоевой зоне углеродной матрицы рубленым углеродным волокном Термар. Учитывая при этом объемную долю армирования КМ углеродным волокном в трансвсрсальном направлении, вводят обозначения 2,2 Б 2,5 Б или даже 2,7 Б . К многомерно армированным УУКМ относят материалы в которых армирующее углеродное волокно расположено в направлениях осей или диагоналей параллелепипеда Десна, Арголон. Простейшей схемой такого армирования является трехмерная 3 Б. Колсе сложные схемы предусматривают расположение армирующего углеродного жгута в4х 4 Б, 4 БЬ или 5ти направлениях 5 БЬ . В зависимости от направления главных напряжений в изготавливаемой детали увеличивается число углеродных жгутов в определенном направлении Повышение уровня армирования приводит к большей изотропности свойств КМ. При этом уменьшается как абсолютное наполнение КМ армирующим компонентом, так и относительная доля углеродных волокон, приходящихся на каждое основное направление армирования. Результатом является резкое уменьшение показателей прочности и модуля упругости в основных направлениях армирования. Табл. Марка, изготовитель Йоказятслн Г ранимо. Кажущаяся плотность, гсм3 ,,0 1. Предел прочности при, МПа изгибе 0 ПО 7,3. Гсплоиро водность, ВДмК радиальное 9. ГемпературныП ко ффШНС1ГГ линейного расширения в интср и иле С, КГ4 С1 4. Коэффициент Пуассона 0.