涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于功能涂層及其復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種涂覆低紅外發(fā)射率涂 層的復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外探測(cè)器對(duì)目標(biāo)在3 μ m~5 μ m (高溫）和8 μ m~14 μ m (常溫）波段的紅外 信號(hào)進(jìn)行收集，再利用目標(biāo)與背景的紅外輻射能量差異通過成像來識(shí)別目標(biāo)。根據(jù)紅外輻 射能量差異計(jì)算公式：AW = σ egT目4_〇 ε背T背4,式中，為目標(biāo)的紅外發(fā)射率，ε背 為背景的紅外發(fā)射率，Tg為目標(biāo)的表面溫度，T胃為背景溫度。通常，由于發(fā)熱等原因，目標(biāo) 的表面溫度會(huì)高于背景的溫度，因此，降低目標(biāo)表面溫度、在高溫部件上制備低發(fā)射率（ε g)涂層是降低目標(biāo)與背景輻射強(qiáng)度差異的有效手段。
[0003] 隨著航空航天技術(shù)的高速發(fā)展，飛行器的飛行速度越來越快，從亞音速到音速再 到超音速甚至超高音速，由此帶來飛行器技術(shù)的兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。趨勢(shì)之一，飛行器使用的材 料越輕越具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)飛行器材料重量的考量簡(jiǎn)直可以以克計(jì)量。在此發(fā)展趨勢(shì)的指 導(dǎo)下，一批新型材料逐漸取代傳統(tǒng)的金屬合金材料，其中，氧化物增強(qiáng)氧化物復(fù)合材料（諸 如，Si0 2/Si02、莫來石/莫來石、Al203/Si0 2、A1203/A1203等）由于具有輕質(zhì)、耐高溫，抗氧化 等特性，已經(jīng)成功代替金屬合金材料應(yīng)用在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管和鼻錐等熱端部件。趨勢(shì) 之二，飛行器高速飛行時(shí)，流經(jīng)飛行器表面的氣流由于摩擦等原因受到阻滯，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊?能，產(chǎn)生氣動(dòng)加熱現(xiàn)象，使飛行器表面溫度急劇升高，產(chǎn)生強(qiáng)烈的紅外輻射特征，因此，控制 飛行器表面（包括熱端部件）的紅外輻射，成為飛行器設(shè)計(jì)和制備的一個(gè)趨勢(shì)，而作為控制 紅外輻射最常用的低發(fā)射率涂層技術(shù)，其涂層的耐高溫性能成為研宄人員迫切需要解決的 問題。
[0004] 然而，目前幾乎所有的低發(fā)射率涂層（常溫或高溫）都是基于金屬合金材料為基 底（板）設(shè)計(jì)和制備的。因此，設(shè)計(jì)一種能夠在由氧化物增強(qiáng)氧化物復(fù)合材料制備的飛行 器高溫部件上使用，并且具有使用溫度高、性能穩(wěn)定、發(fā)射率低的耐高溫低紅外發(fā)射率涂層 將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上【背景技術(shù)】中提到的不足和缺陷，提供一 種涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料，該復(fù)合材料上涂覆的 涂層具有結(jié)合性好、厚度薄、耐高溫、可有效降低高溫部件紅外輻射、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu) 點(diǎn)；還相應(yīng)提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作容易、產(chǎn)品性能優(yōu)異的前述氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材 料的制備方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂 層的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料，包括復(fù)合材料基底和涂覆于復(fù)合材料基底上的涂層， 所述涂層主要由Bi2O3-Al2O3-SiO 2系玻璃相和AgPd合金相組成，所述涂層與復(fù)合材料基底 的層間以化學(xué)鍵合方式相連接。
[0007] 上述的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料中，優(yōu)選的：所述涂層的耐受溫度在KKKTC 以上，在3~5 μπι紅外波段的平均紅外發(fā)射率小于0. 3。涂層的厚度最小可達(dá)15 μπι，優(yōu)選 可控制在15 μ m~30 μ m，表面粗糙度Ra可小于3 μ m。
[0008] 上述的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料中，優(yōu)選的：所述Bi2O3-Al 2O3-SiO2系玻 璃相和AgPd合金相中，Bi2O 3-Al2O3-SiO2系玻璃、金屬Ag和金屬Pd的質(zhì)量比為（15~ 20) : (50 ~65) : (20 ~35)。
[0009] 上述的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料中，所述Bi2O3-Al 2O3-SiO2*玻璃相中各氧 化物組分的質(zhì)量百分比分別為：Bi 20340%~60% ;A120310%~25% ;Si0215%~25% ;CaO 2%~5% ;MgO 1%~5% ;和氏031%~6%。
[0010] 作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料 的制備方法，包括以下步驟：
[0011] (1)將包含Bi203、A1A、Si02、CaO、MgO、B 2O3的玻璃原料粉體混合均勾，裝入坩堝 中，再置于馬弗爐中進(jìn)行高溫熔煉，將熔化后的玻璃熔體倒入去離子水中進(jìn)行淬冷，得到玻 璃；
[0012] (2)將上述制得的玻璃進(jìn)行濕法球磨，球磨后，烘干、過篩（優(yōu)選是指過200目~ 400目篩），得到玻璃粉；
[0013] (3)將上述制得的玻璃粉與金屬Ag、金屬Pd按質(zhì)量配比在攪拌機(jī)中混勾，得混合 料；
[0014] (4)將上述得到的混合料與有機(jī)載體按配比混合，然后通過研磨機(jī)混料，制備得到 低發(fā)射率涂層涂料；研磨機(jī)優(yōu)選使用三棍研磨機(jī)，其轉(zhuǎn)速優(yōu)選為250~450r/min，研磨混料 時(shí)間優(yōu)選為3~6h ;
[0015] (5)采用刷涂法或者絲網(wǎng)印刷法，將上述制備得到的低發(fā)射率涂層涂料均勻刷涂 或印制在預(yù)先備置的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料上，通過調(diào)整涂料的刷涂或印制次數(shù)調(diào) 控涂層的厚度，然后置于空氣中，風(fēng)干流平，在烘箱中干燥，最后置于馬弗爐中燒結(jié)，即獲得 涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料。
[0016] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述玻璃原料粉體中各氧化物成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別 為：
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料，包括復(fù)合材料 基底和涂覆于復(fù)合材料基底上的涂層，其特征在于：所述涂層主要由Bi 2O3-Al2O3-SiO2系玻 璃相和AgPd合金相組成，所述涂層與復(fù)合材料基底的層間以化學(xué)鍵合方式相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料，其特征在于：所述涂層的耐 受溫度在l〇〇〇°C以上，在3~5 y m紅外波段的平均紅外發(fā)射率小于0. 3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料，其特征在于：所述 Bi2O3-Al 2O3-SiO2系玻璃相和AgPd合金相中，Bi 203-Al203-Si02系玻璃、金屬Ag和金屬Pd的 質(zhì)量比為（15~20) : (50~65) : (20~35)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料，其特征在于：所述 Bi2O3-Al 2O3-SiO2系玻璃相中各氧化物組分的質(zhì)量百分比分別為： Bi2O3 40 % ~ 60% ； Al2O3 10 % ~ 25% ； SiO2 15%~25%; CaO 2%~5% ; MgO 1%~5% ;和 B2O3 1%~6%〇
5. -種如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料的制備方法， 包括以下步驟： ⑴將包含Bi203、A1203、Si0 2、CaO、MgO、B2O3的玻璃原料粉體混合均勾，裝入坩堝中，再 置于馬弗爐中進(jìn)行高溫熔煉，將熔化后的玻璃熔體倒入去離子水中進(jìn)行淬冷，得到玻璃； (2) 將上述制得的玻璃進(jìn)行濕法球磨，球磨后，烘干、過篩，得到玻璃粉； (3) 將上述制得的玻璃粉與金屬Ag、金屬Pd按質(zhì)量配比在攪拌機(jī)中混勻，得混合料； (4) 將上述得到的混合料與有機(jī)載體按配比混合，然后通過研磨機(jī)混料，制備得到低發(fā) 射率涂層涂料； (5) 采用刷涂法或者絲網(wǎng)印刷法，將上述制備得到的低發(fā)射率涂層涂料均勻刷涂或印 制在預(yù)先備置的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料上，通過調(diào)整涂料的刷涂或印制次數(shù)調(diào)控涂 層的厚度，然后置于空氣中，風(fēng)干流平，在烘箱中干燥，最后置于馬弗爐中燒結(jié)，即獲得涂覆 耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述高溫熔煉過程的工藝條件控制 包括：熔煉溫度為1600°C~1800°C，熔煉保溫時(shí)間為Ih~3h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述濕法球磨過程的工藝條件控制 包括：球料比為（2~3) : 1，球磨介質(zhì)為丙酮，球磨轉(zhuǎn)速為380r/min~450r/min，球磨時(shí) 間為6h~12h。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（3)中的攪拌機(jī)為行星式重 力攪拌機(jī)，其工藝條件控制包括：公轉(zhuǎn)速度1280印111~1500印111，自轉(zhuǎn)速度為30%~60%， 攬拌時(shí)間60~120min。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5~8中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（4)中，所述 混合料與有機(jī)載體混合時(shí)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為：混合料占75 %~80 %，有機(jī)載體占25 %~ 20% ； 所述有機(jī)載體主要由檸檬酸三丁酯、硝酸纖維素、卵磷脂組成，三者在有機(jī)載體中的質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)分別為： 檸檬酸三丁酯70 %~80% ; 硝酸纖維素 2%~10% ; 卵磷脂 10 %~20%; 所述步驟（4)制備得到的低發(fā)射率涂層涂料的粘度為170~300pa ? s。
10.根據(jù)權(quán)利要求5~8中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（5)中，燒結(jié) 時(shí)的燒結(jié)溫度為l〇〇〇°C~1050°C，升溫速度為15°C /min~20°C /min，燒結(jié)時(shí)間為IOmin~ 60min〇
【專利摘要】一種涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料，包括復(fù)合材料基底和涂覆于其上的涂層，涂層主要由Bi2O3-Al2O3-SiO2系玻璃相和AgPd合金相組成。該復(fù)合材料制備包括以下步驟：先將各玻璃原料粉體混合進(jìn)行高溫熔煉得到玻璃；將玻璃進(jìn)行濕法球磨，烘干、過篩得到玻璃粉；將玻璃粉與Ag、Pd混勻，將混合料與有機(jī)載體混合得到涂料；將涂料均勻刷涂或印制在預(yù)先備置的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料上，然后風(fēng)干流平，干燥，最后燒結(jié)，即獲得涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強(qiáng)氧化物基復(fù)合材料。本發(fā)明的產(chǎn)品具有結(jié)合性好、厚度薄、耐高溫、可有效降低高溫部件紅外輻射、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C22C29-12, B22F7-02
【公開號(hào)】CN104858434
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510190347
【發(fā)明人】程海峰, 劉海韜, 田 浩, 黃文質(zhì), 周永江
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日