Спосіб нанесення теплозахисного електропровідного покриття на вуглецеві волокна та тканини

 

Винахід відноситься до способів одержання теплозахисних електропровідних покриттів і може бути використане при виробництві вуглецевих високоактивированних стрічок з одночасно високими показниками теплостійкості, ємності і електропровідності.

В останні роки широко використовується новий клас приладів, функціонально близьких до конденсаторів дуже великої ємності. Це іоністори, конденсаторів з подвійним електричним шаром.

Підвищена ємність обумовлена двома факторами:

- збільшена ефективна поверхня електродів, виконаних з активованого вугілля (2000 м2/г);

- надмалий відстань між протилежними зарядами (відстань близько 10-9мм).

Матеріал електродів ионисторов - активовані вуглецеві тканини і стрічки. Різні види вугілля є найбільш широко використовуваним матеріалом в іоністор завдяки унікальному поєднанню високої площі поверхні, пористості, провідності і хімічної сумісності з різними видами електролітів. Площа поверхні і розподіл пор за розміром є головними факторами при виборі матеріалу для виробництва ионисторов високої якості. Площа поверхні та провоень активації) і електрична провідність обернено пропорційні.

Розробка вуглецевих високоактивированних стрічок з одночасно високими показниками ємності, електропровідності, теплостійкості, малою глибиною проникнення електромагнітного випромінювання постійно виникає при виробництві конкурентоспроможної продукції.

Відомо велика кількість електропровідних фарб на основі полімерних плівкоутворюючих, де в якості основного провідного наповнювача використовуються порошки дорогоцінних металів - срібла, міді та ін (Гуль В.Є., Шенфиль Л.В. Електропровідні полімерні композиції. М.: Хімія, 1984). Основне використання дані фарби знаходять як електропровідних клеїв, струмопідвідних шин, електромагнітних екранів, заземлювачів.

Відома електропровідна отверждаемая полімерна композиція, в якій електропровідним наповнювачем є мелкодисперсная суміш срібла 60÷75% і 0,5÷40% графіту від загальної маси компонентів (заявка Франції 2662703, C09D 5/24, 1992 р.). Затверділа плівка з даної композиції володіє високим питомим опором 103÷106 Ом·див

Відома електропровідна фарба на основі полімерного плівкоутворювальної, до складу якої входить також розчинник сполучного і дрібнодисперсний електропровідний наповнюють�ка може містити наповнювач у вигляді суміші металевих частинок і частинок графіту або тільки у вигляді графіту. Виготовлення складу на основі наповнювача тільки з частинок графіту (як і в інших відомих технічних рішеннях: електропровідності лакофарбовому матеріалі, наприклад, за патентом РФ №2083618 і електропровідний фарбі за патентом РФ №2042694) вимагає максимального вмісту графітних частинок із заявленого діапазону і певного співвідношення розмірів і питомої поверхні частинок. Іншим недоліком даного відомого складу є низька механічна міцність отверждение плівки з-за відсутності армуючого наповнювача.

Один із зазначених вище недоліків усунутий у відомому композиційному резистивному матеріалі за патентом РФ №2364967, що містить технічний вуглець з високою питомою площею поверхні 400÷500 м2/р, з розмірами частинок від 15 до 25 нм і поліуретановий лак при співвідношенні компонентів у мас.%: вуглець 18÷22, поліуретановий лак - інше. Тепловиділяючих покриттю, виготовленому з такого матеріалу, притаманний відомий загальний недолік лакосажевих композицій - низька механічна міцність. Крім того, термостійкість даного композиційного матеріалу обмежена 110°С.

Відомий склад за патентом РФ №2065467, що включає плівкоутворювальна, органічний ратветственно 17,3÷20,6 і 9,8÷41,7. Включення до складу наповнювача карбонільного заліза, слабо впливає на електропровідні властивості, покращує механічну міцність одержуваного електропровідного покриття за рахунок ефекту армування. Використання в якості плівкоутворювальної сполучного сополімеру метакриламида, бутілметакрілата і акрилонітрилу, що має температуру полімеризації 160°С, підвищує діапазон максимальної робочої температури нагрівачів на 50 градусів у порівнянні з попереднім розглянутих аналогом.

Відомий спосіб отримання електропровідного полімерного матеріалу за патентом РФ №2280657, що включає змішування компонентів з наступним гарячим пресуванням і термоотверждением. Недоліком такого рішення є складність нанесення на великі за площею і тендітні (скло, ситал, кераміка) підкладки.

Відомий спосіб отримання електропровідного лакофарбового покриття на основі електропровідний фарби за патентом на винахід РФ №2042694, у відповідності з яким всі компоненти попередньо диспергируют у кульовий або бісерному млині або швидкохідному змішувачі. Нанесення складу проводиться на діелектричну підкладку пензлем, валиком, пневматичним, електростатичним і б�опузирьки повітря, утворюються як при нанесенні композиції на підкладку, так і при інтенсивній адсорбції рідкої фази твердими наповнювачами (об'єм пустот сажі становить до 400 см3/100 г). Такі повітряні включення знижують електропровідність покриття, і тому потрібно їх видалення, що у відомому способі не передбачено.

Зазначеного недоліку позбавлений спосіб нанесення покриття за патентом РФ №2091182. У відповідності з відомим способом подачу в'язкої полімерної композиції здійснюють шляхом формування вільної поверхні і впливом на неї тиском нижче атмосферного. Однак при низькій в'язкості неотвержденной композиції тверді частки компонентів наповнювача різної щільності (істинна щільність карбонільного заліза в 4 рази більше щільності сажі) будуть з різною швидкістю осідати під дією сили гравітації, що призведе до нерівномірності розподілу частинок в об'ємі і, отже, до поганої повторюваності величини електроопору, що є недоліком. Крім того, для утворення тривимірних провідних структур необхідно, щоб товщина отверждения плівки була значно більше максимального розміру частинок струмопровідної фази, що у відомому спосіб�опроводящих покриттів (патент на винахід №2460750, опубл. 10.09.2012), що містить плівкоутворюючих сополімер, органічний розчинник та струмопровідну суміш на основі порошків графіту та карбонільного заліза, додатково містить порошок технічного вуглецю (сажі) при певному співвідношенні компонентів.

Відома корозійностійка і электропроводящяя композиція та спосіб її нанесення (патент №2405799, опубл. 10.12.2010 р.). Композиція містить компоненти, мас.%: пироуплотненний терморасширенний графіт 10-55 (зміст піровуглецю від маси графіту 4-5%), фторполімерів Ф42, ацетон - інше. Композиція забезпечує поліпшення електропровідних властивостей, корозійної стійкості і міцності одержуваних з використанням композиції виробів.

Відомо радиопоглощающее покриття (патент №2228565, опубл. 10.05.2004 р.). Радиопоглощающее покриття включає основу з щонайменше одного шару переплетених арамідних високомодульних ниток з нанесеною на нитки вакуумним напиленням плівкою з гідрогенізованого вуглецю з вкрапленими в нього феромагнітними кластерами при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: феромагнітні кластери 50-80; гидрогенизированний вуглець - інше.

Відомий поглинач електромагнітних хвиль (патент №2414сталлического порошку, представляє собою частинки сплаву Fe-Cu-Nb-Si-B з нанокристалічною структурою і нанокристали сполук -(Fe, Si).

Загальним недоліком цих способів і складів є наявність у складах неметалевого сполучного, проникаючого в вуглеволокно і змінює його характеристики ємності і теплостійкості.

Найбільш довговічними є металеві і металокерамічні покриття, які дозволяють забезпечити особливо високі механічні і спеціальні захисні властивості виробів.

Відомий спосіб нанесення наноструктурованих зносостійких електропровідних покриттів (патент №2362839, опубл. 27.07.2009 р.).

Спосіб включає подачу порошкової композиції з армуючими частками з чотирьох дозаторів в надзвуковий потік підігрітого газу і нанесення порошкової композиції на поверхню виробу. При цьому спочатку з першого дозатора подають армуючі ультрадисперсние частинки ZrO2фракцією від 0,1 до 1,0 мкм і проводять обробку поверхні виробу до утворення ювенільної поверхні. Потім на поверхню виробу наносять порошкову композицію на основі Cu або Al шляхом подачі порошку з чотирьох дозаторів. З першого дозатора подають армуючі ультрадисперсние частинки ZrO�ського з'єднання системи Al-Cu-Fe, а з четвертого дозатора - армуючі частинки Y2O3. Швидкість гетерофазного потоку при нанесенні композиції на основі Cu або Al змінюють в межах від 450 до 750 м/с. Технічний результат - зменшення пористості, збільшення зносостійкості, адгезійною і когезионной міцності покриття при збереженні його високої електропровідності.

Спосіб нанесення покриття через чотири дозатора складний, а при використанні нанопорошків доріг.

Відомий спосіб нанесення високотемпературного композиційного матеріалу для ущільнювального покриття (патент на винахід РФ №2303649, опубл. 27.07.2007 р., бюл. №21), який містить діоксид цирконію, стабілізований оксидом ітрію, з додаванням нітриду бору та нихромовое волокно. Дане покриття підвищує термостійкість при високих температур (1000°С), що не є необхідним при роботі вуглеволокна.

Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб отримання эрозионностойких теплозахисних покриттів на основі композиції ZrO2і NiCr, що включає плазмове напилення підшару ніхрому і подальше напилення керметной композиції з механічною порошкової суміші, що містить 50-80 вага.% діоксиду цирконію та 50-20 вага.% ніхрому, при цьому для�з розміром частинок 10-40 і 40-100 мкм відповідно, подачу порошкової суміші здійснюють під зріз плазмотрона в напрямку його переміщення відносно напилюваної поверхні, а в якості стабілізуючої добавки в порошку діоксиду цирконію використовують оксид кальцію з вмістом 4-6 вага.% (патент на винахід РФ №2283363, опубл. 10.09.2006 р., бюл. №25), прийнятого за прототип. Винахід забезпечує підвищення эрозионностойкости, термостійкості і адгезійної міцності покриття за рахунок складу і створення зони фазового переходу.

Покриття, що отримується таким чином, має високу ерозійну стійкість, термостійкість, але має низьку електропровідність, високу пористість і не є поглиначем електромагнітних хвиль.

Для підвищення електропровідності покриття та його спроможності поглинати електромагнітні хвилі у склад покриття необхідно ввести спеціальні елементи, що передають йому дані властивості, знизити пористість покриття, при збереженні теплостійкою складової покриття на основі діоксиду цирконію та ніхрому.

Технічною задачею винаходу є підвищення електропровідності вуглецевих високоактивированних стрічок із збереженням високих показників теплостійкості, ємності і невеликої глибини проникнення �ного електропровідного покриття на вуглецеві волокна та тканини, включає плазмове напилення керметной композиції з механічною порошкової суміші, що містить діоксид цирконію зі стабілізуючою добавкою і ніхром, до складу керметной композиції додатково введені добавки алюмінію і никельалюминия, при цьому керметная композиція має склад 5-15 вага.% ніхрому, 15-5 вага.% діоксиду цирконію, 70 вагу.% алюмінію, 10 вага.% никельалюминия, а в якості стабілізуючої добавки в порошку діоксиду цирконію використовують оксид ітрію, зміст якого становить 4-7 вагу.%.

Технічний результат досягається за рахунок нового складу керметной композиції в нанесенні покриттів, а саме введення до складу керметной суміші алюмінію та никельалюминия для підвищення електропровідності, додання покриттю властивості поглинати електромагнітні хвилі, використання в якості стабілізуючої добавки в порошку діоксиду цирконію оксиду ітрію з метою виключення поліморфних перетворень при забросах температур і підвищення термостійкості покриття.

Процентний вміст ніхрому, діоксиду цирконію, алюмінію, никельалюминия оптимально для міцності, пластичних і електротехнічних властивостей покриття. Процентний вміст діоксиду цирконію та ніхрому досить д�ження концентрації діоксиду цирконію до 5-15% необхідно для зниження пористості покриття, підвищення його електропровідності, що при 70% вмісті алюмінію дозволяє мати тонкий електропровідний, без розривів, шар покриття, для швидкого зняття заряду з вуглеволокна. Введення никельалюминия дозволяє отримувати покриття підвищеної товщини і сприяє термостабільності алюмінієвої складової покриття. Підвищення концентрації никельалюминия вище 10% призводить до зниження електропровідності покриття (таблиця 1).

Таблиця 1
Характеристики покриттів
Матеріал (покриття)Термостійкість, циклиПогонное опір, Ом/мГлибина проникнення електромагнітного випромінювання, м (на частоті 1 ГГц)
Углеволокноне зм.4400±3002.33*10-4
ZrO2-NiCr (прототип)25-35728±501200*10-6
ZrO2"0">1.85*10-6

На фіг.1 наведено технологічний процес нанесення покриття.

На фіг.2 наведена залежність адгезійної міцності покриття зі сплавом основи.

На фіг.3 наведена залежність мікротвердості покриттів від складу керметной суміші.

Приклад конкретного виконання (оптимальний)

Пропонований спосіб нанесення теплозахисного електропровідного покриття реалізований наступним способом. Покриття наносили на активовані вуглецеві тканини і стрічки «Бусофит», «Бусофит-Л» Світлогірської виробничого об'єднання «Хімволокно» та «Углен-9», «Грален» ТОВ «Балаково Карбон Продакшн» (Фіг.1). Для напилення використовувалася установка повітряно-плазмового напилення типу УПН-40 у складі джерела живлення АПР-404, плазмотрона ПН-В1, дозатора подачі Д-40(М). Напилення виробляли в середовищі аргону з метою виключення окислення компонентів механічної порошкової суміші при високій температурі при I=190-200 A, U=200 Ст. Використовували порошок діоксиду цирконію та алюмінію грануляцією 10-40 мкм і порошки ніхрому, никельалюминия з розміром частинок 40-100 мкм. Товщина покриттів 20-150 мкм. Дані за товщинам шарів покриття визначали на оптичному мікроскопі «Neophot-21». Фазовий аналіз покритий�рочности і термостійкості здійснювали відповідно до ГОСТ 621-87, ОС 92-1406-68 «Покриття эрозионностойкие неметалеві». Хімічний склад визначався микрорентгеноспектральним способом на електронному мікроскопі «Stereoscan-S-600» з микроанализатором «Link». Використання величини погонного опору, як характеристики покриття, більш коректно, ніж питомий об'ємний електричний опір (по основі), при виробництві та практичному використанні вуглецевих стрічок значної довжини. Глибину проникнення електромагнітного випромінювання визначали як відстань, за який амплітуда поля зменшувалася в е (2,718) разів.

Проведені порівняльні випробування зразків з покриттями показали перевагу запропонованого покриття за адгезійної міцності покриття з матеріалом основи (фіг.2), величинам погонного опору, глибині проникнення електромагнітного випромінювання (таблиця 1).

Використання способу найбільш ефективно при виробництві графітованих та активованих вуглецевих волокон і тканин з структурованими шарами різного технічного призначення.

Спосіб нанесення теплозахисного електропровідного покриття на вуглецеві волокна та тканини, що включає плазмове напилення керметной композиції з механічною поѻьзуют керметную композицію з добавками алюмінію і никельалюминия, а в якості стабілізуючої добавки в порошку діоксиду цирконію використовують оксид ітрію, при цьому керметная композиція містить компоненти при наступному співвідношенні, мас.%:

ніхром5-15
діоксид цирконію15-5
алюміній70
никельалюминий10
оксид ітрію4-7



 

Схожі патенти:

Спосіб приготування композиції для просочення вуглецевого волокна

Винахід відноситься до технології отримання об'ємно-армованих вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів, зокрема до приготування композицій для просочення вуглецевих волокон, і може бути використане при виробництві эррозионно-стійких теплозахисних деталей авіаційної, ракетно-космічної та хімічній галузях промисловості
Винахід відноситься до галузі отримання високоміцних карбонових волокон, переважно виготовляються з вихідного органічного матеріалу (попередника), зокрема до способу стабілізації містять вуглець волокна і способу отримання вуглецевого волокна

Високотемпературна стабілізація пекових волокон при низькій концентрації окислювача

Винахід відноситься до галузі виготовлення вуглецевих волокон з вуглецевих пеков, зокрема до способу регулювання виділення тепла під час окисної стабілізації пекових волокон

Спосіб модифікації поверхні углеволокнистих матеріалів

Винахід відноситься до способів електрохімічної модифікації поверхні углеволокнистих матеріалів (ІОМ), що забезпечують поліпшення адгезії УВМ до полімерної матриці і підвищення міцності вуглепластиків на їх основі

Спосіб обробки поверхні вуглецевих волокон

Винахід відноситься до матеріалознавства, зокрема до способів нанесення на поверхню вуглецевих волокнистих матеріалів ниткоподібних кристалів карбіду кремнію
Винахід відноситься до порошкової металургії, зокрема до способу диспергування нанорозмірного порошку діоксиду кремнію в рідкому середовищі. Може використовуватися в якості модифікуючої добавки в лакофарбові матеріали, бетони, клеї для укладання плитки. На рідину, що містить порошок діоксиду кремнію марки Таркосил Т05 В06, впливають ультразвуковими коливаннями диспергатора. Вплив здійснюють протягом 3 хвилин із забезпеченням оброблюваної середовищі режиму акустичної кавітації на резонансній частоті ≈23 кГц. Забезпечується отримання стійкої до розшарування суміші рідини з рівномірно розподіленими в ній нанопорошком.

Спосіб отримання покриття нітриду титану

Винахід відноситься до способів нанесення зносостійких покриттів, а саме покриттів з нітриду титану, і може бути використане в металообробці. Спосіб включає очищення поверхні піскоструминної обробкою та нанесення покриття детонаційним методом. При цьому покриття отримують з вихідного титанового порошку в присутності азотирующей добавки азиду натрію. Технічний результат - підвищення продуктивності нанесення, зниження енергоємності процесу і зниження нагріву підкладки в процесі нанесення покриття. 2 іл.
Винахід відноситься до галузі порошкової металургії і може бути використане для захисту теплонагруженних вузлів і елементів конструкції рухових установок від теплового і ерозійного руйнування в струмені високотемпературних продуктів згоряння палива, що містять, зокрема, конденсовану фазу, шляхом плазмового напилення эрозионностойких теплозахисних покриттів. Спочатку наносять підшар з ніхрому, на який напилюють шар керметной композиції товщиною 100÷150 мкм. Як керметной композиції використовують механічну суміш эквиобъемного складу порошків діоксиду гафнію дисперсністю 10÷63 мкм і плакованого нікелем вольфраму з вмістом нікелю 6÷10 мас.% дисперсністю 40÷63 мкм. Потім напилюють шар з порошку діоксиду гафнію товщиною 200÷250 мкм. Порошок діоксиду гафнію містить стабілізуючу добавку - оксид ітрію, зміст якого складає величину 7÷10 мол.%. Підвищується стійкість покриттів до термоэрозионному руйнування, а саме до містить конденсовану фазу продуктів згоряння сумішевого твердого палива. 3 табл., 1 пр.

Дріт для отримання покриттів напиленням

Винахід відноситься до галузі металургії, а саме до нанесення покриттів газотермічним напиленням, і може бути використане для захисту деталей від зношування, а також при ремонті деталей. Для підвищення зносостійкості покриттів в дріт для отримання покриттів напиленням, що містить сталеву оболонку і порошкову шихту, додатково вводять карбід вольфраму при наступному співвідношенні компонентів в дроті, вага.%: чавунний порошок 28-30, графіт 0,8-1,2, карбід кремнію 0,5-0,8, нікель 8,0-8,5, алюміній 2,0-2,5, карбід вольфраму 8,5-10, сталева оболонка - інше. 1 табл., 1 пр.

Композиційні матеріали для змочуваних катодів та їх використання при виробництві алюмінію

Винахід відноситься до композиційних матеріалів на основі тугоплавких металів і може бути використане в електролізерах при отриманні алюмінію

Блок циліндрів і газотермічний спосіб напилення покриття

Винахід відноситься до блоку циліндрів двигуна
Винахід відноситься до технології виробництва поверхневого покриття для тиглів, призначених для приведення в контакт з рідкими матеріалами при високій температурі, такими як рідкий кремній, з метою їх затвердіння, наприклад, у формі циліндрів

Спосіб отримання полімерного матеріалу нанокомпозиционного

Винахід відноситься до плазмової технології, а саме до способу плазмової обробки дисперсного матеріалу

Спосіб нанесення покриття з оксиду алюмінію на основу, покриту карбідом кремнію

Винахід відноситься до способу нанесення покриття з оксиду алюмінію на деталь, що має поверхню з карбіду кремнію (SiC) і використовується в високотемпературних областях техніки

Спосіб нанесення покриття на покриту карбідом кремнію підкладку

Винахід відноситься до способу нанесення покриття на деталь з виконаної з карбіду кремнію (SiC) поверхнею
Винахід відноситься до нанесення покриттів і може бути використане при отриманні жаростійких і антифрикційних покриттів на деталі з вуглецевих та легованих сталей, які працюють в умовах підвищених температур до 1600°C і сухого тертя. Покриття формують на сталевих деталях шляхом нанесення алюмінієвого шару рідиннофазної способом і проведення дифузійного відпалу. Перед нанесенням алюмінієвого шару сталеву деталь нікелюють, після чого наносять алюмінієвий шар з розплаву технічно чистого алюмінію при температурі 800-850°C протягом 3-4 с і проводять дифузійний відпал при температурі 950-1100°C протягом 6-10 годин. Спосіб дозволяє підвищити продуктивність і знизити вартість нанесення покриття. 1 пр.
Up!