Технологический режим силицирования включает ряд технологических стадий см. рис. 51.
Температура, °С
 |
2000 испарение свободного Si 1950 °С
взаимодействие Si + C = SiC 1750 °С
смачивание углерода 1550 °С; пропитка пор.
плавление Si 1410°С
1000 испарение 2Si +O2 = 2SO 1350 °С
Температура, < 300 °С 
Контроль вакуум-систем
20
10 20 30 Время, часы
Давление, 1330 кПа
 |
В итоге прочностные показатели силицированных УУКМ в зависимости от привеса SiC имеют вид, представленный на рисунке 52.
§.10 Технологические процессы нанесения защитных противоэрозионных и противоокислительных покрытий на деталях МАКС`а..
Защита от окисления и повышение эрозионной стойкости поверхностей деталей из углерод-углеродных материалов наиболее часто обеспечивается их объёмным силицированием и созданием композиционных керамических покрытий.
Сквозной, пронизывающий весь объём композита карбид-кремниевый каркас создаёт препятствия для внутрипористой диффузии окислителя и тем самым выполняет функциональную роль первой линии защиты от окисления углерод-углеродного каркаса, который на воздухе начинает окисляться с 450 °С, а с 700 в парах воды. Кроме того карбидкремниевый каркас вплоть до температуры его разложения или начала его окисления повышает модуль упругости композиции в целом, а так же его прочность за счёт общего уменьшения пористости и уменьшения размера эффективной длины углеродного волокна в более жёсткой, чем углеродная, карбидкремниевой матрицы.
Вторую линию защиты от окисления составляет слой карбида кремния нанесённый на внешнюю поверхность детали (барьерный слой). Этот слой толщиной до 0.5 мм ограничивает диффузию окислителя в поровое пространство, а так же служит эрозионностойкой частью покрытия. Для особо теплонапряжённых высокотемпературных узлов барьерный слой создают из более тугоплавких карбидов, например, гафния либо циркония.
Третью линию защиты от окисления создаёт композиционное покрытие из смеси пластичных при температуре эксплуатации силикатов и твёрдых при этих же температурах жаростойких карбидов тугоплавких металлов. Пластичная часть покрытия заполняет микротрещины, поры и предотвращает доступ окислителя в объём композита и к его поверхности. Окислитель всё же продиффундировавший к карбидному барьерному слою частично окисляет его до соответствующей окиси и тем самым «подпитывает», например, силикатами пластичный слой, становящийся практически газонепроницаемым поверхностный стеклообразный слой. Твёрдые включения тугоплавких карбидов в объёме пластичного стеклофазного слоя служат упрочняющей для него компонентой и не дают возможности «стока» пластичного слоя с поверхности детали.
Как следует из представленной физико-химической картины функционирования защитного противоокислительного и эрозионностойкого покрытия для его создания необходима модификация состава и структуры композиционного углерод-углеродного материала.
Парофазное формирование барьерного слоя так же выполняют в электровакуумных печах. При этой операции натекание отвакуумированной печи должно быть минимизировано насколько это возможно. Металлический кремний помещается в тигли из силицированного графита. Тигли размещают равномерно по объёму печи на графитовых подставках вокруг обрабатываемых заготовок. Наилучшие результаты получают когда обрабатываемые заготовки размещаются в тиглях с закрываемыми крышками. На дне тигля помещают кремний в количестве в 2-3 раза превосходящий массу углеродной заготовки.
Технологический режим создания защитного покрытия включает ряд технологических стадий см. рис. 53.
Температура, °С
|
2000 испарение свободного Si 1950 °С
взаимодействие Si + C = SiC и плавление SiO2 до1750 °С
смачивание углерода и образование MoSi2; HfC; SiB4 до 1650 °С
плавление Si 1410°С
1000 испарение 2Si +O2 = 2SO 1350 °С
Температура, < 300 °С Контроль вакуум-систем
20
10 20 30 Время, часы
Давление, 1330 кПа
Финишный слой стеклосилицидного покрытия усиленного жаростойкими боридами и карбидами (молибдена, гафния, вольфрама) создаётся высокотемпературной обработкой шликерного покрытия. Однако в этом случае газовая среда должна содержать окисляющую компоненту и абсолютное давление в печи снижают до 0,05 МПа. В результате должно сформироваться стекловидное покрытие без трещин и других дефектов. Завершение формирования стекловидного покрытия происходит на начальных этапах эксплуатации в сильно окислительных средах при температуре пластичного состояния покрытия. При этом происходит затекание стеклосилицидной массы в поры и приповерхностные дефекты структуры с образованием подслоя на границе между барьерным слоем и стеклосилицидным покрытием, который регенерирует стекловидное покрытие до полного окисления барьерного слоя.
§.11 Паспортные свойства штатных композиционных силицированных материалов, применённых на Буране.
Результаты сравнения свойств материалов и требований ТЗ приведены в таблице 6.
| Свойства материалов | Требования ТЗ НПО «Молния» | Гравимол | Гравимол-В | Карбосил |
| Плотность,г/см3 Предел прочности, МПа, при изгибе сжатии растяжении сдвиге Модуль упругости,ГПа Уд.уд.вязкость, кгс. см/см2 К1С,кгс/мм 3/2 Коэффициент Пуассона Степень черноты Теплопроводность,вт/м.К, в плоскости армирования перпендикулярно этой плоскости Коэффициент термического линейного расширения,10-6, град.С-1 | 1.7…2.0 ³100 ³90 ³25 ³40 <20,0 ³1,5 - - ³0,8 ³40 - 1.3…2.0 | 1.7…2.0 ³107 ³90 ³40 ³26 <25,0 ³4.5 ³12 0,21 ³0,9 ³45 ³10 4,1 | 1.7…2.0 ³110 ³120 ³40 ³35 <26,0 ³7.5 ³15 0.23 ³0,82 ³35 ³12 4,0 | 1.8…2.0 ³200 ³160 ³120 ³16 <80,0 ³25 ³34 0,1 ³0,85 ³40 ³10 1.6 |
 |
Результаты испытания в циклических условиях воздействия внешних факторов приведены на диаграмме рис.54 и 55.
© 2001. Колесников С.А.