РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ, МЕТОДИ І МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Обґрунтування вибору основних матеріалів досліджень
Вирішення питання одержання захисних покриттів з високою механічною і
корозійною міцністю, ударною в’язкістю, термо- і жаростійкістю та поєднання цих
властивостей із властивостями кераміки, яка характеризується значною
вогнетривкістю і опором до окиснення, потребує цілої низки розробок складів
матеріалів, стійких до дії високих температур і корозійно-активних середовищ.
Теоретичні основи модифікування композиційних керамічних покриттів
органо-мінеральними додатками і одержання на їх основі конкретних результатів
базуються на відповідній технології досліджень, що забезпечуються вибором
вихідних матеріалів, а також необхідними фізико-механічними випробуваннями та
фізико-хімічними дослідженнями.
Встановлено, що вирішальний вплив на кінцеві властивості захисних покриттів
вносять структурні, фізико-хімічні і фізико-механічні характеристики вихідних
матеріалів. Тому компоненти захисних покриттів для конструкційних матеріалів
повинні насамперед мати певну сукупність цінних фізико-хімічних властивостей.
Одержати матеріал, в якому поєднувались би позитивні властивості металів –
висока механічна міцність, ударна в’язкість, теплопровідність, термічна
стійкість і властивості кераміки – висока вогнетривкість і опір окисненню
(окалиностійкість), зумовило необхідність розробки захисних покриттів для
комплексного захисту матеріалів від дії високих температур і корозійно-активних
середовищ.
Крім того, компоненти захисних покриттів повинні забезпечувати високу адгезію і
ізолюючу здатність у широкому інтервалі температур, а також хорошу
технологічність їх виготовлення і нанесення на матеріали.
Застосування нових видів сировинних матеріалів і композицій на їх основі змінює
структуру і фазовий склад, а, відповідно, фізико-механічні і термічні
властивості захисного покриття. Вивчення впливу додатків до оксидних і
глинистих матеріалів на фазовий склад і структуру захисних покрить із спеченої
кераміки, а також дослідження їх взаємозв’язку з властивостями матеріалу
дозволить спрямовано регулювати показники, що формують якість виробів, досягати
одержання керамічних захисних покрить з наперед заданими властивостями.
Захисні покриття можливо одержати із вихідних композицій на основі
силіційорганічних сполук і оксидних наповнювачів, які в процесі нагрівання
утворюють термо- і жаростійкі керамічні фази.
Як силіційорганічні зв’язки можна використовувати поліметилфенілсилоксани, які
здатні виконувати свої функції за температури вище від температури термоокисної
деструкції за рахунок збереження силіційкисневого каркаса.
Найбільш повною мірою вищезазначеним вимогам серед зв’язок відповідають
силіційелементоорганічні сполуки. Поряд з такими добре відомими їх
властивостями, як термо-, вологостійкість, стабільність фізичних характеристик
у широкому діапазоні температур [81, 229-231], значний практичний інтерес при
створенні покриттів комплексного захисту представляють гідрофобність, висока
реакційна здатність функціональних груп, які зв’язані з атомом силіцію, а також
утворення в процесі термоокисної деструкції реакційноздатних компонентів.
Висока реакційна здатність функціональних груп біля атома силіцію, крім
хімічної фіксації захисних покриттів на поверхні підкладки може забезпечити
цілеспрямоване їх модифікування спеціальними додатками і наповнювачами з метою
покращення фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей.
Як відомо [233], найбільш суттєвою перевагою силіційелементоорганічних сполук
перед органічними під час створення поліфункціональних покриттів, є можливість
утворення в процесі термоокисної деструкції високодисперсного силіцію оксиду,
який за рахунок взаємодії з наповнювачами, може значно розширити температурний
інтервал служби захисних покриттів [71, 81, 200, 229].
Мінеральні наповнювачі повинні мати високу стійкість до дії хімічно агресивного
та зовнішнього середовища, експлуатаційних факторів. Стійкість оксидних сполук
визначається величиною вільної енергії їх утворення з елементів [199, 222].
Найбільш стійкими за даними ознаками є кальцію, алюмінію, титану (IV), цирконію
(IV), ітрію, лантану і торію оксиди. Проте СаО і Lа2О3 схильні до гідратації,
для торію оксидів характерні поліморфні перетворення, а ітрію оксиди не
знаходять широкого використання у зв’язку з їх дефіцитністю і високою вартістю.
Тому розповсюдження на практиці набули алюмінію, магнію, цирконію (IV) і титану
(IV) оксиди (Al2O3, MgO, ZrO2, TiO2), які відрізняються стійкістю до дії
високих температур і агресивних середовищ. При цьому необхiдно врахувати, що не
всі перелічені сполуки сумісні з силоксанами через їх високу корозійну
активність (СаО, MgО та інші), але для захисту від дії високих температур вони
можуть використовуватися завдяки їх взаємодії з продуктами деструкції
силоксанів із утворенням нових фаз (силікатів тощо).
Зазначені матеріали викликають значний інтерес і як модифікатори процесів
взаємодії при нагріванні в системі «полісилоксан-Al2О3-Zr2O». Відсутність
однозначної залежності між вмістом оксидів і наповнювачів не дозволяє достатньо
надійно прогнозувати ефективний захист. Відомості щодо алюмосилійційорганічних,
карборансилоксанових і полісилоксанових композицій є дуже незначними і
недостатньо переконливими. Тому вважається доцільним здійснення системного
аналізу у визначенні та вивченні впливу властивостей оксидів і наповнювачів для
створення захисних покриттів. Більше того, стосовно до наповнювачів необхідно
встановити кількісні і якісні межі вмісту різних інгредієнтів, необхідних для
забезпечення достатнього захисного
- Київ+380960830922