Отчет о научно-исследовательской работе «Физико-химические основы формирования органосиликатных и стеклокерамических защитных покрытий и композиционных материалов»

Цель работы – разработка физико-химических основ формирования органосиликатных и стеклокерамических защитных покрытий и композиционных материалов. Разработаны защитные органосиликатные покрытия, устойчивые при высоких (800оС) и низких (-60оС) температурах, с высокими механическими характеристиками (твердость, пластичность, прочность к удару, прочность при изгибе, адгезия к металлу и др.), обладающие высокой коррозионной стойкостью и стойкостью к биодеструкции. Разработан состав атмосферостойкого антикоррозионного защитного покрытия на основе циклоалифатической эпоксидной смолы с наполнителями (слюда-мусковит и диоксид титана), модифицированной эпоксикаучуковым клеем. Покрытие характеризовалось хорошей адгезией (метод решетчатых надрезов), высокой твердостью. Эффективность разработанного состава была изучена в натурных условиях влажного тропического климата. Взаимодействием трис(2-гидроксиэтил)амина (TEA) с циннаматами кобальта (II) и цинка (II) были получены комплексы состава [Co(TEA)2](Cin)2 (1), [Zn(TEA)(Cin)] (2) и [Zn(TEA)2](Cin)2 (3). Кристаллическая структура комплекса кобальта (II) 1 была исследована методом монокристальной рентгеновской дифракции. Представлены результаты термической устойчивости и противомикробной активности синтезированных соединений. Впервые синтезированы триметилгидрометаллатраны — комплексы трис(2гидроксипропил)амина (ТРА) с Ni(II)-, Zn(II)-, Cu(II)-, Co(II)-солями биоактивных карбоновых кислот. Несмотря на наличие трех дополнительных метильных групп в лиганде ТРА по сравнению с трис(2-гидроксиэтил)амином (ТЕА) структура образующихся комплексов — триметилгидрометаллатранов — очень близка к строению гидрометаллатранов. На примере комплекса ТРА с циннаматом никеля(II) показана возможность образования катионных моноядерных комплексов состава [M(TPA)2]Xn (n = 1, 2) с тридентатной координацией ТРА, строение которых наиболее распространено для комплексов ТЕА. Изучена термическая устойчивость комплексов. Впервые исследовано взаимодействие l-валинатов меди(II), цинка(II), никеля(II) и кобальта(II) с 2-гидроксиэтиламинами — триэтаноламином (ТЕА), диэтаноламином (DEA) и трис(гидроксиметил)аминометаном (TRIS). Образование новых координационных соединений подтверждено данными ИК- и электронной спектроскопии, массспектрометрии и элементного анализа. Установлена кристаллическая структура L-валината меди(II) - координационного водорастворимого полимера. Представлены результаты термической устойчивости и противомикробной активности синтезированных соединений L-валина. Определено электросопротивление образцов графита с покрытиями на основе Si – B – ZrB2 с различными связующими и компонентов покрытия в интервале температур 20 – 1000°С. Проведено исследование влияния наноразмерных частиц диоксида циркония на свойства жаростойкого покрытия, синтезируемого суспензионно-обжиговым методом на основе композиции кремний - карбид бора - диборид циркония. Изучена жаростойкость покрытий на подложках из графита и высокоглинозѐмной керамики, определѐн фазовый состав, морфология, твѐрдость и электросопротивление покрытий. Изучено влияние наноразмерных частиц ZrO2 и Al2O3 на физико-механические свойства (модуль упругости, предел прочности на изгиб, микротвѐрдость), фазовый состав, а также микроструктуру материалов на основе Si–B4C–ZrB2. Показано, что вводимые добавки улучшают механические свойства композиционных материалов. Получен плотный композиционный материал в системе ZrB2–Si (1400 °С, воздушная атмосфера). Исследована структура, фазовый состав, а также основные физико-механические характеристики (плотность, пористость, модуль упругости, критический коэффициент интенсивности напряжений, твердость по Виккерсу) композиционных материалов. Получены жаростойкие материалы на основе карбида кремния путем пропитки пористых заготовок жидким кремнием. Данные материалы обладают рядом положительных свойств, в частности, низкой плотностью (3,05 г/см3) и термическим коэффициентом линейного расширения (ТКЛР = 3,0·10-6 К-1), высокой прочностью (σизг = 400 МПа) и твердостью (HV = 22,0 ГПа). Исследован термический коэффициент линейного расширения материалов на основе карбида кремния, полученных реакционным спеканием, жидкофазным спеканием и горячим прессованием в интервале температуры 20-1800 °C. Показано, что разные политипы 3C (кубический модификации) и 4Н, 6Н (гексагональной модификации) характеризуются разным температурным расширением, причѐм разница между его значениями увеличивается при повышении температуры. Исследован синтез жаростойких покрытий в системе Nb-Cr-Mo-Si-B-галькогениды Мо. Определены основные закономерности формирования стекол с пористой структурой на основе щелочно-боросиликатной матрицы, включающей в себя K2O, Na2O, SiO2, Al2O3, CaO, ZrO2, P2O5, TiO2, F2, MgO, SrO, B2O3. Установлено влияние состава стекла и солевого расплава, ионных радиусов обменивающихся катионов, температуры и времени взаимодействия на распределение пор по размеру и строению образующейся структуры пористых стекол. Выполнена серия экспериментов по исследованию выщелачивания компонентов стекломатрицы, проведен синтез ГАП непосредственно в поровом пространстве стекол, изучена сорбционная способность пористых стекол по отношению к двум соединениям: тиамина и комплекса сукцината меди с триэтаноламином. Определены энергии взаимообмена смешанного стекла, энтальпии смешения стекол, изменение молярной свободной энергии, изменение стандартной свободной энергии процесса обмена ионов между стеклом и расплавом, изменение молярных свободных энергий при образовании смешанных стекол и расплавов при ионообменном взаимодействии натриевокальциевосиликатного стекла со смесью расплавов нитратов натрия и калия. Установлено, что двухщелочные натрий-калий-кальциевосиликатные стекла характеризуется отрицательными отклонениями от идеальности.