Разработка технологии изготовления и исследования опытных образцов самоформирующихся высокотемпературных теплозащитных материалов

Высокотемпературный волокнистый теплозащитный материал, водная паста-полуфабрикат, нутч-фильтр, термическая инициация реакции окисления бора, движущийся фронт реакции, саморазогрев, керамическая связка, объёмный волокнистый каркас, прочность на растяжение, теплофизические характеристики. Задачей проекта является разработка простого и недорогого способа получения волокнистого теплозащитного керамического материала с требуемыми геометрическими характеристиками, низкой теплопроводностью, низким удельным весом, высокой степенью равноплотности, обеспечивающей изотропные тепловые и механические свойства волокнистого керамического материала с формированием как на отдельном предприятии, так и непосредственно «по месту использования», для изготовления изделий в виде единого монолитного защитного покрытия, промежуточного слоя или фасонного теплозащитного элемента конструкции без стыков и сочленений. Обзор технических и патентных источников, а также сайтов Интернет по предметной тематике проекта подтвердил наличие новизны, признаков изобретения и квот превосходства по комплексу свойств получаемого по предлагаемой технологии материала. Подана заявка на патент РФ. Формальная экспертиза заявки на изобретение в ФИПС по состоянию на 02.06.2022 г. завершена с положительным результатом. Исследованы основные закономерности формирования промежуточных продуктов: водной пасты-полуфабриката, обезвоженной заготовки из водной пасты-полуфабриката, чёрной заготовки из обезвоженной заготовки, чёрных образцов из чёрной заготовки, серых образцов из чёрных образцов, а также конечного продукта – белых образцов, полученных после окончательной термообработки серых образцов. Исследован процесс термической инициации реакции окисления бора в чёрных образцах с последующим саморазогревом чёрных образцов и формирования из них серых образцов, а также образования белых образцов в ходе финишной термообработки серых. Изготовлены серые и белые образцы с содержанием бора 5, 10, 15 и 20 % от веса волокна. Исследована плотность и прочность на растяжение образцов. Оценочная средняя плотность и прочность материала серых / белых образцов составляет, соответственно: 5% бора – 0,30 / 0,31 г/см3, 2003 / 2568 г/см2, 10 % бора – 0,49 / 0,54 г/см3, 3791 / 4740 г/см2; 15 % бора – 0,47 / 0,53 г/см3, 5648 / 7604 г/см2; 20 % бора – 0,66 / 0,69 г/см3, 7941 / 9387 г/см2. Оценочная средняя плотность и прочность легковесного материала ШТ 1,0 ГОСТ 5040-2015 на растяжение – 1,0 г/см3, 4909 г/см2. Исследованы теплофизические характеристики серых, белых образцов и стандартного легковесного теплозащитного материала с оценкой удельной температуропроводности этих материалов. Показано, что волокнистые теплозащитные материалы с различным содержанием связки обладают схожими теплофизическими характеристиками, различающимися по удельной температуропроводности не более чем на 10 %, а по сравнению со стандартным легковесным материалом во всех температурных интервалах превосходят по значениям удельной температуропроводности в среднем на 40%. Разработана экспериментальная технология изготовления ВППФ, серых и белых образцов. Проведено технологическое опробование технологии на реальном производстве при изготовлении разливочной чаши для получения алюминиевой дроби. Все запланированные работы выполнены в полном соответствии с требованиями контракта, его ТЗ и КП. Достигнутые результаты имеют высокую степень научной достоверности и технической обоснованности.