Способ получения многослойного термостойкого радиотехнического материала
METHOD FOR OBTAINING A MULTILAYER HEAT-RESISTANT RADIO ENGINEERING MATERIAL

Изобретение относится к конструкционным, электротехническим и теплозащитным материалам и предназначено для изготовления материала на основе алюмохромфосфатного связующего, кварцевой и кремнеземной ткани для использования в теплонагруженных изделиях и конструкциях радиотехнического назначения, в теплоизоляционных изделиях, работающих при температуре от минус 60 до плюс 800°С в авиационной, космической и других областях промышленности.
Известен способ получения радиотехнического материала (патент РФ № 2220930, МПК СО4В 35/80, СО4В 28/34, опублик. 10.01.2014), включающий смешение алюмохромфосфатного связующего ХАФС-3 с электроплавленным корундом в соотношении 1:1 и кварцевой или кремнеземной ткани, аппретированной 3 – 7% спиртовым раствором кремнийорганической смолы. Совмещение полученной композиции связующего со стекловолокнистым наполнителем и проведение режима отверждения происходит под прессом при удельном давлении 0,92 – 1,05 МПа и подъёме температуры до (270±5) °С, с проведением последующего режима термообработки до 300°С. Недостатком радиотехнического материала, полученным  указанным способом, являются недостаточно высокие прочностные и диэлектрические характеристики при повышенных температурах.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения радиотехнического материала, описанный в патенте РФ № 2544356 МПК СО4В 35/80, опублик. 05.03.2015.
0
В известном способе получения материала используют композицию из алюмохромфосфатного связующего марки Фоскон-351 с добавлением порошка белого электрокорунда в соотношении 55 – 65 % мас. и 35-45% мас. соответственно, нанесенную на кварцевую или кремнеземную стеклоткань, аппретированную 10-15% раствором кремнийорганической смолы КМ-9К в спирто-ацетоновом растворе в соотношении 1:1. После нанесения на кварцевую или кремнеземную стеклоткань полученной композиции, ее отверждают под вакуумом при удельном давлении 0,8 МПа при подъеме температуры до 170°С и выдержке при этой температуре не менее 2-х часов при подьеме температуры до 170°С  и выдержке при этой температуре не менее 2-х часов, после чего проводят термообработку полученного материала при подъеме температуры до 300 С  и выдержке в течение 3 – 4 часов. Затем полученный материал охлаждают до комнатной температуры и проводят его пропитку кремнийорганической смолой марки МФСС-8 в течение 1 – 2 часов с последующей сушкой на воздухе не менее 4-х часов и полимеризацией путем нагрева до температуры 320°С и выдержки при этой температуре в течение  2 – 3 часов.
Недостатком указанного способа получения материала является резкое увеличение относительного удлинения материала перпендикулярно армирующим слоям при нагреве  в условиях эксплуатации свыше 300°С, что приводит к изменению геометрических размеров и ухудшению прочностных  характеристик материала.
Причиной данного факта являются фазовые переходы, протекающие в алюмохромфосфатном связующем в температурном диапазоне выше температуры термообработки материала, в том числе связанные с выходом реакционно связанной воды. Применение одного вида стеклоткани (кварцевой или многослойной кремнеземной) не может в полной мере обеспечить стабилизацию геометрических размеров с сохранением прочностных характеристик материала.
Задачей, решаемой предлагаемым способом, является  получение многослойного термостойкого радиотехнического материала со стабильными геометрическими размерами при нагреве с  сохранением высоких прочностных характеристик в условиях эксплуатации свыше 300°С.
Указанная задача реализуется посредством способа получения многослойного термостойкого радиотехнического материала, включающего смешение алюмохромфосфатного связующего марки Фоскон-351 с порошком белого электрокорунда, нанесение полученной композиции на стеклоткань, аппретированную  спирто-ацетоновым раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, отверждение под вакуумом, проведение термообработки при температуре 300°С в течение 3 – 4 часов и охлаждение до комнатной температуры, отличающегося тем, что после охлаждения проводят термообработку при температуре 400 – 500°С в течение не менее 0,5 часа, а в качестве стеклоткани используют кварцевую и многослойную кремнеземную стеклоткань, которую укладывают друг на друга в заданном порядке.
Проведение термообработки многослойного термостойкого радиотехнического материала при температуре 400-500°С обеспечивает выход реакционно связанной воды из алюмохромфосфатного связующего, что исключает резкое изменение геометрических размеров материала перпендикулярно армирующим слоям при нагреве до 500°С в условиях эксплуатации.
Комбинация слоев кварцевой и многослойной кремнеземной ткани типа МКТ в  получаемом материале позволяет компенсировать расширение алюмохромфосфатного связующего при нагреве материала свыше температуры термообработки за счет пространственно-объемного плетения ткани МКТ и сохранить прочностные характеристики материала  за счет слоев кварцевой ткани типа ТС8/3-К-ТО в широком температурном диапазоне эксплуатации материала.
Примеры конкретного выполнения способа получения многослойного термостойкого радиотехнического материала.
Пример 1. На кварцевую ткань ТС 8/3-К-ТО и многослойную кремнеземную ткань МКТ-2,5, аппретированные 10% спирто-ацетоновым раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, наносили смесь, состоящую из 65% мас. связующего ФОСКОН-351 и 35% мас. порошка белого электрокорунда зернистостью 5-10 мкм. На семь слоев кварцевой ткани укладывали  один слой многослойной кремнеземной ткани. Полученную заготовку отверждали методом вакуумного формования при удельном давлении 0,8 МПа при подъеме температуры до 170°С и выдержке при этой температуре 2 часа, затем подвергали термообработке при конечной температуре 300°С и выдержке при этой температуре в течение 3-х часов. Затем охлаждали до комнатной температуры и подвергали термообработке при температуре 450°С в течение 0,75 часа.
Пример 2. Пример 2 осуществляли по примеру 1, но при этом на   два слоя кварцевой ткани укладывали один слой многослойной кремнеземной ткани, а затем пять слоев кварцевой ткани. Полученную заготовку отверждали методом вакуумного формования при удельном давлении 0,8 МПа при подъеме температуры до 170°С и выдержке при этой температуре 2 часа, затем подвергали термообработке при конечной температуре 300°С и выдержке при этой температуре в течение 3-х часов. Затем охлаждали до комнатной температуры и подвергали термообработке при температуре 500°С в течение 0,5 часа.
Пример 3. Пример 3 осуществляли по примеру 1, но при этом на один слой многослойной кремнеземной ткани укладывали семь слоев кварцевой ткани, полученную заготовку отверждали методом вакуумного формования при удельном давлении 0,8 МПа при подъеме температуры до  170°С и выдержке при этой температуре 2 часа, затем подвергали термообработке при конечной температуре 300°С и выдержке при этой температуре в течение 3,5 часов. Затем охлаждали до комнатной температуры и подвергали термообработке при температуре 400°С в течение 1 часа.
В таблицах 1,2 приведены сравнительные характеристики многослойного термостойкого радиотехнического материала, полученные по примерам 1 – 3, и прототипа.
Из таблиц видно, что предлагаемый способ получения многослойного термостойкого радиотехнического материала позволяет изготовить материал со стабильными геометрическими размерами перпендикулярно армирующим слоям материала (уменьшение эффекта «распухания») и сохранением стабильно высоких прочностных характеристик в широком диапазоне температур.
Таблица 1
Показатели
По примеру 1
По примеру 2
По примеру 3
По прототипу
Плотность, г/см<sup>3</sup>
1,60
1,63
1,67
1,70 – 1,79
Диэлектрическая проницаемость при частоте   10<sup>10</sup> Гц при температуре 20°С
3,20
3,21
3,20
3,4
Тангенс угла диэлектрических потерь tg×10<sup>4</sup> при частоте          10<sup>10</sup> Гц при температуре 20°С
67
70
62
78
Прочность при межслоевом сдвиге, МПа при температуре, по основе
20°С
7,3
7,1
6,6
6,6
450°С
8,1
7,8
7,5
7,2
600°С
6,6
6,4
6,4
6,3
Прочность при межслоевом сдвиге, МПа при температуре, по утку
20°С
7,5
6,9
7,0
4,9
450°С
9,0
8,3
8,5
3,8
600°С
7,5
7,0
7,1
2,7
Таблица 2
Показатели
Относительное удлинение перпендикулярно армирующим слоям (dL/L×10<sup>3</sup>, К<sup>-1</sup>) при температуре, °С
100
200
300
400
500
600
700
800
Пример 1
0,4
0,6
1,2
2,0
2,7
22
37
55
Пример 2
0,2
0,6
1,3
1,9
2,3
18
35
48
Пример 3
0,3
0,5
1,4
2,1
3,8
24
39
53
По прототипу
0,8
1,9
3,0
15
36
50
61
82