6 Керамика

6.1 Свойства керамических покрытий

Для повышения прочности, отражательной способности и абляционных характеристик внешней поверхности теплозащитных материалов их покрывают слоем эмали толщиной около 300 мкм. Эмаль, содержащую SiC или 94 % SiO2 и 6 % В₂О₃, в виде шликера наносят на поверхность, а затем подвергают спеканию при 1470 К. Плиты с покрытиями используют в наиболее нагреваемых местах космических кораблей, баллистических ракет и гиперзвуковых самолетов. Они выдерживают до 500 десятиминутных нагревов в электродуговой плазме при температуре 1670 К. Варианты системы керамической теплозащиты лобовых поверхностей летательных аппаратов приведены на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 Система керамической теплозащиты лобовых поверхностей летательных аппаратов для температур от 1250 до 1700ºС: 1 – керамика на основе SiC или Si₃N₄; 2 – теплоизоляция; 3 – спеченная керамика

Высокопористый волокнистый слой теплоизоляции на основе FRCI, АЕТВ или HTR защищен облицовкой из слоя карбида кремния. Облицовочный слой предохраняет теплоизолирующий слой от абляционного и эрозионного разрушения и воспринимает основную тепловую нагрузку.

Жидкая теплоизоляция, которую часто называют также - керамическая теплоизоляция или сверхтонкая теплоизоляция, предназначена для получения покрытия на поверхностях любой формы, обладают теплоизоляционными, а также, звукоизоляционными, гидроизоляционными и антикоррозионными свойствами с очень широкой областью применения.

Жидко керамические теплоизоляционные покрытия были впервые разработаны NASA (Национальным аэрокосмическим центром США), как изоляторы поверхности для космических кораблей серии "Шатл". Успешные испытания в космических условиях позволили широко применять их, в дальнейшем, в строительстве, промышленности, бытовой и других сферах деятельности.

Наибольшее распространение жидкая теплоизоляция получила, как теплоизоляционный материал для покрытия: трубопроводов пара, горячей воды, водонагревательного оборудования котельных; ограждающих конструкций, потолков, стен и крыш жилых, общественных и промышленных зданий, как нового строительства, так и реконструируемых (как с внутренней, так и с внешней стороны).

Сфера применения жидко-керамических изоляционных покрытий постоянно расширяется. Творческий подход к использованию теплоизоляции позволяет производителям и потребителям открывать и осваивать всё новые области применения уникальных материалов.

Теплоизоляционное покрытие, при нормальной эксплуатации, имеет гарантию - 10 лет, при внешнем использовании и 25 лет – при нанесении внутри помещений.

Преимущества жидко - керамических теплоизоляционных покрытий:

• можно наносить на любую поверхность - металл, пластик, бетон, кирпич и другие строительные материалы, а также на оборудование, трубопроводы и воздуховоды.

• Имеют идеальную адгезию к металлу, пластику, пропилену, что позволяет изолировать покрываемую поверхность от доступа воды и воздуха.

• Не проницаемы для воды и не подвержены влиянию водного раствора соли. Покрытия обеспечивают защиту поверхности от воздействия влаги, атмосферных осадков и перепадов температуры.

• Эффективно снижает теплопотери и обеспечивает антикоррозионную защиту (рисунок 6.3 и 6.4).

• Предохраняет поверхность от образования конденсата.

• Малая толщина покрытия при высочайшей эффективности (слой покрытия толщиной в 1 мм обеспечивает те же изоляционные свойства, что и 50 мм минераловатной изоляции или кирпичная кладка толщиной в 1-1,5 кирпича).

• Наносятся на поверхность любой формы.

• Не создают дополнительной нагрузки на несущие конструкции.

• Предотвращает температурные деформации металлических конструкций.

• Отражают до 85 % лучистой энергии.

• Обеспечивают постоянный доступ к осмотру изолированной поверхности без необходимости остановки производства, простоев, связанных с ремонтом, и сбоями в работе производственного оборудования.

• Не разрушается под воздействием УФ излучения.

• Быстрая процедура нанесения покрытий снижает трудозатраты по сравнению с традиционными изоляторами (легко и быстро наносятся кистью или аппаратом безвоздушного нанесения).

• В случае повреждения, покрытие легко ремонтируется и восстанавливается.

• Не поддерживает горение (при температуре +260°С обугливается, при +800°С разлагается с выделением окиси углерода и окиси азота, что способствует замедлению распространения пламени).

• Экологически безопасны, нетоксичны, не содержат вредных летучих органических соединений.

• Высокая химическая устойчивость к щелочам, солевым растворам и пр.

• Пожаро и взрывобезопасны

• Низкая цена, при высочайшем качестве

• Самая низкая расчетная теплопроводность среди всех известных изоляционных материалов - 0, 001 Вт/м °С (при +20°С).

Схемы нанесения жидкой теплоизоляции на различные конструкции и сравнение с традиционными способами утепления представлены на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 Схемы нанесения жидко-керамической теплоизоляции на различные конструкции

Рисунок 6.3 Инфракрасный снимок поверхности стен жилого дома до нанесения жидко-керамического покрытия

Рисунок 6.4 Инфракрасный снимок поверхности стен жилого дома после нанесения жидко-керамического покрытия

После нанесения покрытия, температура внешней поверхности стен уменьшилась на ~4,5°C. Теплоизоляция здания значительно увеличилась.

Жидко - керамическая теплоизоляция - это микроскопические, заполненные вакуумом керамические и силиконовые шарики, которые находятся во взвешенном состоянии в жидкой композиции, состоящей из синтетического каучука, акриловых полимеров и неорганических пигментов (рисунок 6.5 и 6.6). Эта комбинация делает материалы легкими, гибкими, растяжимыми, обладающими хорошей адгезией к покрываемым поверхностям. Уникальность изоляционных свойств этой теплоизоляционной краски - результат интенсивного молекулярного воздействия воздуха, находящегося в полых шариках [2].

	вакуумный силиконовый шарик диаметром 0,02 мм
	вакуумный керамический шарик диаметром 0,01 мм
	латексная смесь с акриловыми переплетениями
Рисунок 6.5 Принципиальная схема структурного строения жидко – керамического изоляционного покрытия; разрез одного слоя (0,38 мм)

Рисунок 6.6 Структура жидко - керамической теплоизоляция

Сверхтонкая жидко - керамическая теплоизоляция - это суспензия белого цвета, которая после высыхания образует эластичное покрытие.

Жидкая керамическая теплоизоляция разбавляется водой, что позволяет работать с ней в помещениях без дополнительной вентиляции.

Керамическая теплоизоляция не поддерживает горение. Пленка толщиной 1 мм разлагается при температуре + 840 °С, выделяя окись углерода и азота, поэтому жидкая теплоизоляция задерживают и замедляют распространение пламени и дыма.

Жидко-керамические покрытия наносится с помощью распылителя высокого давления предназначенного для красок с высокой вязкостью, валика или кисти. Перед нанесением покрытия на бетонную или оштукатуренную поверхность ее желательно предварительно покрыть акрилатной грунтовкой глубокого проникновения. Металлические поверхности предварительно очистить от грязи и обезжирить. Поверхность, покрытую ржавчиной по возможности максимально очистить, затем покрыть преобразователем ржавчины на основе ортофосфорной кислоты, а потом специальным лаком. После чего на эту поверхность можно наносить покрытие. Толщина одного слоя покрытия не более 0,04см, время сушки одного слоя 24 часа с периодом полимеризации 12 часов при комнатной температуре. Норма расхода материала при однослойном покрытии - 1литр на 2 квадратных метра. Трудоемкость нанесения покрытия при использовании краскораспылителя соизмерима с трудоемкостью обычной покраски. Теплоизоляционное покрытие при его нормальной эксплуатации служит не менее 10 лет. Покрытия данного типа являются экологически чистым продуктом, разбавляются водой, что позволяет работать с ними в помещениях без дополнительной вентиляции.

Жидкая теплоизоляция может наноситься на металлическую, бетонную, кирпичную, деревянную, стеклянную, пластиковую, резиновую, картонную и некоторые другие поверхности. Поверхность, на которую наносятся составы, должна быть чистой, обезжиренной, без грязи, ржавчины и иметь температуру от +7°С до +150 °С. Эксплуатационная температура от - 47°С до +260 °С (в зависимости от материала).

Материалы наносятся обычным распылителем, а также малярной кистью или валиком. Работа с безвоздушным распылителем обеспечивает более высокую производительность.

Максимальная толщина одного слоя покрытия составляет примерно 0,38 мм. В течение 10-20 минут, после нанесения покрытия, возникает влагонепроницаемая пленка. Время сушки однослойного покрытия 24 часа, при комнатной температуре. Нанесение очередного слоя осуществляется после полного высыхания предыдущего слоя.