Патент недели: порошок-защитник

Патент: RU 2615692 Патентообладатель: Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) Авторы: Николай Кузнецов, Владимир Севастьянов, Елизавета Симоненко, Николай Симоненко

Для подобных, экстремальных условий узлы агрегатов и оборудование делают из специальных материалов с повышенной термической устойчивостью, для их внешнего и внутреннего покрытия используют углеродсодержащие слои, в том числе и армированные углеродными и карбидокремниевыми волокнами, графитовые соединения. Но даже эти «сверхвыносливые» материалы нуждаются в дополнительной защите с помощью антиокислительных покрытий. Они производятся из так называемых композиционных порошков — различного вида химических соединений, позволяющих повысить порог температурной устойчивости агрегатов, сохранить работоспособность оборудования, когда даже молекулы кажутся раскаленными.

Какие-то композиционные порошки можно получить, только приготовив несколько растворов исходных веществ, их число иногда доходит до пяти, и применив гидролитически активный пропоксид циркония. Полученный порошок прекурсора надо провести через многоступенчатый нагрев, который в финале достигает 1550 градусов Цельсия. Даже при всех этих энерго- и трудозатратарах, размер частиц композиционного порошка будет ~800 нанометров, что не обеспечит достаточной окислительной стойкости. Другие порошки — в процессе обработки не достигают необходимой степени чистоты, что опять же ведет к дополнительным затратам на фильтрацию полученного продукта или к снижению его защитных свойств. В некоторых порошках нельзя точно контролировать баланс химических элементов, что вносит серьезный фактор неопределенности, угрожая качеству материалов, которое нельзя прогнозировать. Сюда же можно отнести многоступенчатые процессы производства, иногда с применением ультразвука, затратные как с точки зрения производственных, так и финансовых ресурсов. Иными словами, производство композиционных порошков — настоящая зона риска.

Российские химики предлагают снизить риски, создавая порошковые материалы, содержащие нанокристаллический карбид кремния (SiC) с повышенной окислительной стойкостью в токе воздуха и отсутствием посторонних фаз — примесей, влияющих на качество продукта. Сущность изобретения в том, что для получения композиционного порошка, представляющего собой композицию диборида циркония (ZrB₂) и/или диборида гафния (HfB₂) с 10÷65 об. % нанокристаллического карбида кремния, после первой стадии термической обработки синтезируют высоко химически активный промежуточный продукт. В нём диоксид кремния и углерод практически на молекулярном уровне распределены друг в друге и расположены, в том числе, и на поверхности частиц диборидов циркония и/или гафния. Таким образом, без выделения отдельной дополнительной стадии, можно проводить карботермический синтез высокодисперсного карбида кремния непосредственно на поверхности порошков ZrB₂ и/или HfB₂, что приводит к значительному повышению их окислительной стойкости в токе воздуха. При этом путем изменения соотношения исходных составляющих, можно легко варьировать соотношение компонентов ZrB₂: SiC и HfB₂: SiC и управлять свойствами защитного покрытия.