Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к авиационной, машиностроительной и строительной промышленности и может быть использовано при создании деталей из конструкционных материалов, в частности для изготовления антенных обтекателей ракет, обладающих высокой прочностью в сочетании с хорошими диэлектрическими характеристиками при высоких температурах и стойкостью к термоудару.
Известным аналогом является композиционный материал по патенту РФ №2256262 МКИ Н01Q 1/42, 2005, включающий спеченный диоксид кремния и полимер на основе кремнийорганической смолы.
Недостатком материала по аналогу является хрупкость и невысокие физико-механические характеристики.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является материал по патенту РФ №2209494 МКИ Н01Q 1/42, 2003, содержащий в качестве добавки кремнийорганическую смолу, которая упрочняет керамику, делает ее водостойкой и герметичной, но материал при этом остается хрупким с низкой адгезионной и когезионной прочностью.
Технический результат настоящего изобретения заключается в получении композиционного материала с повышенными физико-техническими характеристиками, способного кратковременно работать до 950°С с сохранением радиотехнических характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что композиционный материал на основе диоксида кремния, включающий спеченный диоксид кремния и полимер на основе титанкремнийорганической смолы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит модифицированную эпоксидную смолу, в молекуле которой есть атомы кремния и титана, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
спеченный диоксид кремния 98,0-99,0,
титанкремнийорганическая смола
и модифицированная эпоксидная смола в равном соотношении 1,0-2,0.
Используемая титанкремнийорганическая смола - продукт ТМФТ (ТУ 6-02-933-74) - тетракис(метилфенилсилоксангидрокси)титан. Молекула титанкремнийорганической смолы имеет крестообразное строение и четыре концевые функциональные группы -ОН. В центре креста находится атом Ti. Отверждение титанкремнийорганической смолы, т.е. переход в неплавкое, нерастворимое состояние, происходит по поликонденсационному типу с выделением молекулы воды. Отвердителем может служить смола или олигомер, молекулы которых содержат гидроксильные группы.
Для отверждения титанкремнийорганической смолы в предлагаемом материале используют модифицированную эпоксидную смолу СЭДМ-3, СЭДМ-4 (ТУ 6-05-211-1196-81), в молекулах которой есть гидроксильные группы, атомы кремния и титана, что повышает ее стойкость к термической и термоокислительной деструкции. Кроме этого, молекула СЭДМ обладает химическим сродством к молекуле кремнийорганической смолы.
Отвержденный сополимер не плавится и не растворяется в растворителях, и начинает деструктировать при температуре, превышающей 400°С. Это объясняется тем, что сополимер титанкремнийорганической и модифицированной эпоксидной смол, отвержденный в матрице, в данном случае кварцевой керамике, приобретает свойства, улучшающие его эксплуатационные свойства, в частности температура термоокислительной и термической деструкции сдвигается в сторону повышения температуры.
При кратковременной работе изделий при температуре до 950°С и более прочность заявленного материала не падает до исходной.
Этот эффект объясняется наличием химической связи между матрицей (в данном случае диоксидом кремния) и скелетом кремнийорганической смолы, который образуется после термической и термоокислительной деструкции кремнийорганического полимера.
Диоксид кремния, используемый для получения предлагаемого композиционного материала, с пористостью 7-12%, представляет собой материал с хорошо спеченными зернами, образующими сплошной каркас. Для экспериментальной проверки заявленного изобретения были подготовлены четыре смеси ингредиентов (см. таблицу).
Технологический процесс получения заявленного композиционного материала приведен в примерах 1-4.
Пример 1
1. Приготовление пропитывающего состава, состоящего из смеси титанкремнийорганической смолы ТМФТ и эпоксидной смолы СЭДМ-3 в соотношении 1:1, плотностью 0,94 г/см3.
2. Обезжиривание ацетоном заготовки из кварцевой керамики, механически обработанной в размер.
3. Сушка на воздухе 15-20 минут.
4. Пропитка заготовки составом смеси титанкремнийорганической и эпоксидной смол в ацетоне в течение 60 минут.
5. Сушка на воздухе 2-3 часа.
6. Полимеризация в термостате при температуре 225-240°С.
Пример 2
1. Приготовление пропитывающего состава, состоящего из смеси титанкремнийорганической смолы ТМФТ и эпоксидной смолы СЭДМ-3 в соотношении 1:1, плотностью 0,96 г/см3.
Остальные операции проводят аналогично примеру 1.
Пример 3
1. Приготовление пропитывающего состава, состоящего из смеси кремнийорганической смолы ТМФТ и эпоксидной смолы СЭДМ-3 в соотношении 1:1, плотностью 0,98 г/см3.
Остальные операции проводят аналогично примеру 1.
Пример 4
1. Приготовление пропитывающего состава, состоящего из смеси титанкремнийорганической смолы ТМФТ и эпоксидной смолы СЭДМ-4 в соотношении 1:1, плотностью 0,98 г/см3.
Остальные операции проводят аналогично примеру 1.
Физико-механические характеристики композиционного материала, полученные по вышеприведенным примерам, приведены в таблице.
|
Заявленный материал на основе диоксида кремния и смеси титанкремнийорганической смолы с модифицированной эпоксидной смолой в равном соотношении позволяет применить этот материал для изготовления антенных обтекателей ракет, работающих кратковременно при температуре до 950°С без изменения радиотехнических характеристик во всем диапазоне рабочих температур и обладает повышенными по сравнению с исходным материалом прочностными характеристиками на 25-27%.
Композиционныйматериалнаосноведиоксидакремния,включающийспеченныйдиоксидкремнияиполимернаосноветитанкремнийорганическойсмолы,отличающийсятем,чтоондополнительносодержитмодифицированнуюэпоксиднуюсмолу,вмолекулекоторойестьатомыкремнияититанаприследующемсоотношениикомпонентов,мас.%:спеченныйдиоксидкремния98,0-99,0,кремнийорганическаясмола имодифицированнаяэпоксиднаясмола вравномсоотношении1,0-2,0c0c1211none342