Физико-химические основы формирования органосиликатных и стеклокерамических защитных покрытий и композиционных материалов

Отчет 189 с., рис.91, табл. 42, источников 96, приложение 1. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ОРГАНОСИЛИКАТНЫЕ ПОКРЫТИЯ, ИОННЫЙ ОБМЕН, БИОАКТИВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, БИОЦИДЫ, ПОРИСТЫЕ СТЕКЛООБРАЗНЫЕ МАГНИТНЫЕ МАТРИЦЫ, ГРАФИТ, ЖАРОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ, КРЕМНИЙ, БОР, КАРБИД БОРА, КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Цель работы – разработка физико-химических основ формирования органосиликатных и стеклокерамических защитных покрытий и композиционных материалов. Разработаны защитные органосиликатные покрытия, устойчивые при высоких (700 и 800оС) и низких (-60оС) температурах, с высокими механическими характеристиками (твердость, пластичность, прочность на удар и на изгиб, адгезия и др.), обладающие высокой коррозионной стойкостью и стойкостью к биодеструкции. Усовершенствована органосиликатная композиция для формирования покрытия для атомной энергетики с высокой радиационной стойкостью и дезактивируемостью и теплостойкостью 300 оС. Исследована биостойкость органосиликатных покрытий на основе силиконового каучука (ОС-16-01) и полидиметилфенилсилоксана (ОС-51-03М) с и без добавления мягкого биоцида на основе триэтаноламмониевой соли биологически активной карбоновой кислоты (биоцид А) к действию микроорганизмов, вызывающих биодеструкцию материалов. Изучено влияние состава покрытий на основе циклоалифатической эпоксидной смолы на их физико-механические и электрохимические свойства с целью улучшения их защитного действия. В качестве объектов исследования были выбраны три состава покрытий - без наполнителей и с высокодисперсными наполнителями (слюда-мусковит и диоксид титана) без или с органическим модификатором (эпоксикаучук). Были определены твердость, адгезия (метод решетчатых надрезов), краевой угол смачивания, прочность при ударе и при изгибе, термическая устойчивость полученных материалов, проведены электрохимические испытания покрытий с использованием метода потенциодинамической поляризации. По результатам исследований определен состав, содержащий высокодисперсные наполнители и эпоксикаучук, для изучения его поведения в натурных условиях влажного тропического климата. Впервые синтезирован широкий ряд биологически активных внутрикомплексных соединений гидроксиалкиламинов – трис(2-гидроксиэтил)амина, трис(2-гидроксипропил)амина и трис(гидроксиметил)аминометана с Cu(II), Co(II), Ni(II) и Zn(II) солями биологически активных карбоновых кислот. Представлены результаты исследования их структуры методами ИК спектроскопии, квантовой химии и рентгеноструктурного анализа, термической устойчивости и противомикробной активности. В ряду синтезированных соединений выявлены вещества, эффективно подавляющие рост и развитие микромицетов (грибы рода Aspergillus, Cladosporium и Penicillium), вызывающих деструкцию материалов. Исследовано ингибирующее действие комплексов гидроксиалкиламинов к коррозионно-агрессивным микроорганизмам, относящимся к группе тионовых бактерий и выделенных из образцов конструкционных материалов, находящихся на Кислогубской приливной электростанции. Исследованы физико-механические свойства композиционных материалов состава Si–B4C–ZrB2, включающих наноразмерные волокна ZrO2 и Al2O3, применяемых в дальнейшем в качестве защитного высокотемпературного покрытия. Проведено модифицирование стеклокерамического жаростойкого покрытия на основе композиции Si-B4C-ZrB2 введением углеродных добавок (графита, ацетиленовой сажи и шунгита) для повышения температуры обжига благодаря сгоранию углерода, а также более равномерного распределения компонентов покрытия. Изучено электросопротивление композиций и покрытий на основе бор- и кремнийсодержащих соединений в интервале температур 20 – 1000 °С. Изучено влияние различных условий предварительного синтеза Si3N4 методом азотирования при температурах 1350 и 1400 °С и дополнительного высокотемпературного спекания при 1800 и 1900 °С на свойства реакционно-спеченного нитрида кремния. Образующийся при азотировании вторичный нитрид кремния (-Si3N4) представляет из себя игольчатые зерна, армирующие материал и придающие ему дополнительную механическую прочность. Исследована микроструктура и фазовый состав нитридокремниевого материала при разном исходном соотношении кремния и нитрида кремния. Полученные материалы по уровню механических характеристик приближаются к свойствам жидкофазно-спеченного и горячепрессованного нитрида кремния. Определены основные закономерности формирования пористых ферромагнитных стекломатриц на основе стекол системы K2O-Fe2O3-SiO2. Удалось получить ферромагнитую фазу Fe3O4 непосредственно в структуре стекла, без проведения длительных температурных обработок (выдержек) исходного стекла. 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. Показано, что в процессе взаимодействия стекла с солевыми расплавами не выполняется диффузионная кинетика. Отработана методика формирования пористых магнитных материалов с управляемой глубиной диффузионной зоны (сквозная или частичная проработка пластин стекла с заменой ионов K+ на Li+ и Na+) для получения функциональных материалов различного назначения, например в микроэлектроники. Отлажена методика синтеза сегнетоэлектриков в структуре пористых магнитных стекломатриц. Показано, что композиционные материалы можно получать, как непосредственно выдержкой пористых стекломатриц в водно-солевых растворах (сегнетова соль - KNaC4H4O6·4H2O), так и в результате синтеза сегнетоэлектрика (метатитанат бария-стронция - Ba1−xSrxTiO3 (0≤x≤0.4)) в поровом пространстве стекломатриц. Исследование магнитных характеристик полученных стеклокерамических композитных материалов с титанатом бария показало значительное увеличение намагниченности композита, по сравнению с исходной ферромагнитной стекломатрицей.