Наукові засади формування захисних покриттів поліфункціональної дії на основі системи Al2O3-ZrO2-SiO2

Abstract

У дисертаційній роботі наведені результати досліджень, спрямовані на розроблення теоретичних основ і технології одержання захисних покриттів поліфункціональної дії шляхом модифікування оксидних компонентів силіційелементоорганічними сполуками та додатками різної хімічної природи. В основу вибору вихідних інгредієнтів покладено термодинамічний підхід із наступною максимальною реалізацією їх реакційної здатності у процесі синтезу термо-жаростійких фаз. Визначено оптимальні склади вихідних композицій для захисних покриттів, механізм формування та температурні області їх використання. Дана кількісна та якісна оцінка експлуатаційних властивостей розроблених складів покриттів. В диссертационной работе приведены результаты исследований, направленных на разработку теоретических основ и технологии получения защитных покрытий полифункционального действия путем модифицирования оксидних компонентов силицийэлементоорганическими соединениями и добавками разной химической природы. В основу выбора исходных ингредиентов положен термодинамический подход с последующей максимальной реализацией их реакционной способности в процессе синтеза термо- и жаростойких фаз. Определены оптимальне составы исходных композиций для защитных покрытий, механизм формирования и температурные области их применения. Изложены пути их регулирования на основе взаимосвязи в системе «состав-структура-свойства» с помощью модифицирующих добавок для формирования переходного слоя в зоне контакта «покрытие-подложка». Методом тонких пленок обоснованы и предложены научные основы формирования защитных покрытий на основе синтеза высокотемпературных термо- и жаростойких муллитовой и цирконовой фаз в процессе нагревания. Особое внимание уделено модифицирующим оксидным добавкам, которые значительно снижая температуру взаимодействия между компонентами с образованием новых кристаллических фаз способствуют уплотнению структуры за счет регулирования размеров новообразований. Изучено течение физико-химических процессов для всех исследуемых композиций при нагревании до температури 1773 К. Определены оптимальне составы исходных композиций для защитных покрытий, которые можно получить методом совместного диспергирования в шаровых мельницах. Установлено, что при нагревании защитных покрытий на основе разработанных композиций наполнитель взаимодействует с силицийкислородным каркасом, образовавшимся в процессе термоокислительной деструкции силицийэлементоорганического связующего, с кристаллизацией муллита и циркона. Комплексом физико-химических методов анализа показано, что фазовый состав и структура защитных покрытий зависит от вида связующего. На основании предложенного механизма формирования защитного покрытия, его фазового состава и структуры определены температурные области его применения. Подобраны специальные легкоплавкие добавки для уменьшения пористости в температурном интервале термоокислительной деструкции связующего и возможности регулирования структуры защитных покрытий. Выявлено влияние каолина на свойства исходных композиций для защитных покрытий и формирование фазового состава и структуры в широком интервале температур. Обоснованы условия наиболее полной реализации потенциальных возможностей высокотемпературных защитных покрытий путем формирования необходимой структуры и фазового состава. Изучены эксплуатационные свойства (адгезионная стойкость, температуроустойчивость, термо-, жаро- и химическая стойкость, механические, електрофизические и теплофизические характеристики) защитных покрытий на основе силицийэлементоорганических связующих наполненных оксидными и силикатными материалами. Дана количественная и качественная оценка эксплуатационных свойств разработанных составов покрытий. Проведена оценка достоверности выбора компонентов составов покрытий и эффективности их защитного действия по результатам исследований. На основании теоретических и экспериментальных исследований проведена апробация исходных составов композиций для высокотемпературных защитных покрытий в промышленных условиях и приведены их результаты. Полученные результаты проведенных исследований убедительно доказывают эффективность использования разработанных составов исходных композиций для высокотемпературных защитных покрытий. Research findings aiming at development of theoretical fundamentals and production technique of polyfunctional protective coatings by means of modifying oxide components with element-organic compounds of silicium and additives of various chemical nature have been represented in the thesis. Initial ingredients have been selected subject to thermodynamic approach with further displaying their reactive power in the course of heat-resistance phase synthesis. Optimum compositions of initial compounds for protective coatings, their formation mechanism and TAR have been defined. Quantitative and qualitative estimation of performance characteristics of developed coating compositions has been carried out. Approbation in manufacturing environment has been carried out and its results have been presented.