涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強氧化物基復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 層的復合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外探測器對目標在3 μ m~5 μ m (高溫）和8 μ m~14 μ m (常溫）波段的紅外 信號進行收集，再利用目標與背景的紅外輻射能量差異通過成像來識別目標。根據(jù)紅外輻 射能量差異計算公式：AW = σ egT目4_〇 ε背T背4,式中，為目標的紅外發(fā)射率，ε背 為背景的紅外發(fā)射率，Tg為目標的表面溫度，T胃為背景溫度。通常，由于發(fā)熱等原因，目標 的表面溫度會高于背景的溫度，因此，降低目標表面溫度、在高溫部件上制備低發(fā)射率（ε g)涂層是降低目標與背景輻射強度差異的有效手段。
[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)的兩個發(fā)展趨勢。趨勢之一，飛行器使用的材 料越輕越具有技術(shù)優(yōu)勢，對飛行器材料重量的考量簡直可以以克計量。在此發(fā)展趨勢的指 導下，一批新型材料逐漸取代傳統(tǒng)的金屬合金材料，其中，氧化物增強氧化物復合材料（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用在飛行器發(fā)動機尾噴管和鼻錐等熱端部件。趨勢 之二，飛行器高速飛行時，流經(jīng)飛行器表面的氣流由于摩擦等原因受到阻滯，動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊?能，產(chǎn)生氣動加熱現(xiàn)象，使飛行器表面溫度急劇升高，產(chǎn)生強烈的紅外輻射特征，因此，控制 飛行器表面（包括熱端部件）的紅外輻射，成為飛行器設計和制備的一個趨勢，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）設計和制備的。因此，設計一種能夠在由氧化物增強氧化物復合材料制備的飛行 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氧化物基復合材料，該復合材料上涂覆的 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；還相應提供一種工藝簡單、操作容易、產(chǎn)品性能優(yōu)異的前述氧化物增強氧化物基復合材 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 層的氧化物增強氧化物基復合材料，包括復合材料基底和涂覆于復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，所述涂層與復合材料基底 的層間以化學鍵合方式相連接。
[0007] 上述的氧化物增強氧化物基復合材料中，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] 上述的氧化物增強氧化物基復合材料中，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] 上述的氧化物增強氧化物基復合材料中，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氧化物基復合材料 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，再置于馬弗爐中進行高溫熔煉，將熔化后的玻璃熔體倒入去離子水中進行淬冷，得到玻 璃；
[0012] (2)將上述制得的玻璃進行濕法球磨，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)量配比在攪拌機中混勾，得混合 料；
[0014] (4)將上述得到的混合料與有機載體按配比混合，然后通過研磨機混料，制備得到 低發(fā)射率涂層涂料；研磨機優(yōu)選使用三棍研磨機，其轉(zhuǎn)速優(yōu)選為250~450r/min，研磨混料 時間優(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 或印制在預先備置的氧化物增強氧化物基復合材料上，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氧化物基復合材料。
[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)量分數(shù)分別 為：
[0017]
【主權(quán)項】
1. 一種涂覆耐高溫低紅外發(fā)射率涂層的氧化物增強氧化物基復合材料，包括復合材料 基底和涂覆于復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，所述涂層與復合材料基底的層間以化學鍵合方式相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物增強氧化物基復合材料，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所述的氧化物增強氧化物基復合材料，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所述的氧化物增強氧化物基復合材料，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中任一項所述的氧化物增強氧化物基復合材料的制備方法， 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 置于馬弗爐中進行高溫熔煉，將熔化后的玻璃熔體倒入去離子水中進行淬冷，得到玻璃； (2) 將上述制得的玻璃進行濕法球磨，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)量配比在攪拌機中混勻，得混合料； (4) 將上述得到的混合料與有機載體按配比混合，然后通過研磨機混料，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 制在預先備置的氧化物增強氧化物基復合材料上，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氧化物基復合材料。
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 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)中的攪拌機為行星式重 力攪拌機，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%， 攬拌時間60~120min。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5~8中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（4)中，所述 混合料與有機載體混合時的質(zhì)量百分數(shù)分別為：混合料占75 %~80 %，有機載體占25 %~ 20% ； 所述有機載體主要由檸檬酸三丁酯、硝酸纖維素、卵磷脂組成，三者在有機載體中的質(zhì) 量百分數(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中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（5)中，燒結(jié) 時的燒結(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氧化物基復合材料，包括復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。該復合材料制備包括以下步驟：先將各玻璃原料粉體混合進行高溫熔煉得到玻璃；將玻璃進行濕法球磨，烘干、過篩得到玻璃粉；將玻璃粉與Ag、Pd混勻，將混合料與有機載體混合得到涂料；將涂料均勻刷涂或印制在預先備置的氧化物增強氧化物基復合材料上，然后風干流平，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氧化物基復合材料。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。
【IPC分類】C22C29-12, B22F7-02
【公開號】CN104858434
【申請?zhí)枴緾N201510190347
【發(fā)明人】程海峰, 劉海韜, 田 浩, 黃文質(zhì), 周永江
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月21日