专利名称：一种高温热障与烧蚀复合涂层材料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有隔热功能的表面工程涂层材料及其应用，特别涉及一种具有高温热障与烧蚀防热双重效果隔热的复合涂层材料及其应用。
背景技术：
热障是目前常用隔热技术的一种，热障涂层是利用材料的高热阻来阻止热量向内传递作为隔热的主要机理。氧化锆因熔点高，热导率很低，热稳定性好，高温蠕变小，是一种理想的高温热障材料。但纯ZrO2材料一般不能直接用作热障涂层，这是因为它的晶型转化会产生剥蚀现象。ZrO2有三种晶型单斜，四方，立方，低温是时为单斜相m-ZrO2；当加热到约1200℃，转变为四方相t-ZrO2，并伴随7％-9％的体积收缩，超过2370℃，转变为立方相c-ZrO2。当冷却到1000℃时，变为单斜结构并体积膨胀，由于相变所造成的体积收缩和膨胀不是随着温度连续变化，因而涂层不稳定，会因内部的热应力和体积应力，造成涂层过早开裂或剥落失效。
在ZrO2中掺入氧化钇(Y2O3)作稳定剂，能使ZrO2在高温下获得稳定化(YSZ)或部分稳定化(PYSZ)的晶体结构。而通常使用的是部分稳定的ZrO2/Y2O3，它是由单斜相与四方相混合组成。此晶型结构在高温下，单斜相发生体积收缩相变，而四方相则随温度升高而发生体积膨胀相变，膨胀与收缩相互抵消，从而使部分稳定的ZrO2/Y2O3晶体结构比完全稳定的ZrO2/Y2O3晶体结构具有更低的平均热膨胀系数，与金属的热膨胀系数更接近，因而具有更好的抗热震性能，PYSZ是目前使用温度最高的热障涂层材料。若在ZrO2/Y2O3晶体结构中加入少量的氧化铈，能进一步改善这种涂层的性能。
有研究表明当陶瓷材料的晶粒控制在小于100nm时，因为量子效应会带来材料性能的突变，材料强度和断裂韧性显著的提高，同时，大量的实验表明纳米ZrO2/Y2O3涂层的孔隙率也会下降，涂层的致密度高会提高涂层与基体的嵌合能力。重要的是，材料的热导率会有随着晶粒的减小而降低，这是选用纳米氧化锆涂层隔热性能好的根本原因。
烧蚀防热则是目前飞行器(导弹、载人飞船、航天飞机)再入大气层防热技术中最常用的一种，其原理是利用材料升温过程要吸收热量，特别是发生反应或相变(熔化、汽化)时要吸收大量的热量，并且在燃烧蒸发后产生大量气体向外逸出时会带走大量热量，从而阻止热量向内传递。烧蚀材料通常分为炭化型、升华型、熔化型。其中，炭化型烧蚀材料在再入速度相对低的飞行器表面热防护应用最为广泛。炭化型烧蚀材料的特点是低温热解带走大量的热，高温通过辐射和隔热进行防热。目前酚醛树脂，改性有机硅树脂，聚酯等耐高温聚合物材料应用比较多。
熔化型或升华型烧蚀防热是利用烧蚀材料在其熔点和沸点吸收潜热来降低基体表面的温度。飞行器表面温度相对较高时，二氧化硅、氮化硅、铜等材料则是良好的无机和金属烧蚀防热材料。
氧化硅中的Si与O形成硅氧四面体，原子之间均以共价键结合，故熔点高，为1723℃，抗氧化性好，化学性质稳定，热导率比较低(2.5w/m·k)，25℃热容为44.43J mol-1K-1，由二氧化硅形成的晶体有多种变体，可分为石英，磷石英和方石英系列，在加热或冷却过程种存在复杂的多晶相变。氧化硅由固态变为液态要吸收大量的热，熔融的液态膜具有抗高速气流冲刷的能力。纳米无定型二氧化硅因为表面活性高，熔点较1723℃低，更适合保护更低熔点的合金基体，在氧化锆中掺入二氧化硅，二氧化硅吸热熔融和汽化后，会留下纳米尺寸大小的孔隙，有利于阻止热量向内传入；同时，一定量的氧化硅能弥散强化氧化锆陶瓷，提高涂层的结合强度。
氮化硅具有耐高温、耐腐蚀、抗热震性强、高温蠕变小、抗氧化性好，线膨胀系数小等性质。氮化硅由Si-N键构成，其键能比Si-O更高，因此破坏该键需要更高的能量，熔点为1900℃，热容为0.71J/g k，在空气中1300-1400℃开始氧化，在空气中主要形成SiO2和N2，形成的SiO21700℃左右开始熔化吸热。同时，N2气在通过涂层外侧的高温层会带走一部分的能量。
铜的熔点较低，热容量大，铜在约900℃时就开始发生氧化，在1083℃熔化，氧化后产生的氧化铜熔点为1326℃，当铜及铜的氧化物熔融或蒸发时会吸收并带走大量的热量。此外，铜为面心立方结构，有较多的滑移面，故具有良好的塑性。当铜粉混入氧化锆，能一定程度减轻涂层的热应力，提高涂层与基体的结合强度。由于铜较上述纳米氧化锆陶瓷涂层材料熔点低，所以铜粉的混入可在相对较低的温度下就形成烧蚀防热。
高碳铁粉相对其他铁粉有较低的熔点，比热容适中。当高碳铁粉加入涂层中，随着温度的升高，铁粉脱碳形成CO或CO2，从而带走热量。
耐高温有机聚合物(酚醛树脂，改性有机硅树脂，聚酯)等通常具有密度低，热导率低等性质，已被广泛用于烧蚀防热材料中。有机聚合物受高温时会裂解生成大量的小分子气体如CO2，吸热约105KJ/Kg，热解后的气体具有质量引射的热阻塞作用，可降低对流热流，同时，气体经过涂层是还会带走一部分热量。聚合物热解后在材料的表面形成多孔碳层，它能耐很高的温度，表面还能向周围环境进行热辐射，同时又能充当隔热层阻止热量向内传递。当有机聚合物引入隔热基体中，在较低的温度下首先形成烧蚀防热，随着聚合物的裂解与碳化层的沉积，在陶瓷隔热基体中会形成大量的孔隙，孔隙的增加与密度的减小会进一步降低涂层的热导率，同时还有利于热应力的释放，从而保证涂层的抗热震性。
ZrO2/Y2O3是一种理想的热障材料，而且在很多领域已得到了充分的应用。但是，通常这种涂层应用于涂层所保护的基体的内部处于相对稳定的温度范围情况下，如果基体内部的热量得不到散发，基体的温度会不断的升高，最终导致基体软化或熔化使表面热障涂层失去赖以依附基础，从而使表面涂层坍塌破裂，导致热障保护失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可延长基体达到工作温度上限时间的高温热障与烧蚀复合涂层材料及其应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于它主要由粒度为10-100nm部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉、烧蚀辅料、粘接剂和水原料制备而成，部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉和烧蚀辅料各占重量百分比为部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉55-85、烧蚀辅料15-45，粘接剂的加入量为部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉和烧蚀辅料重量的2-5％，水的加入量为部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉、烧蚀辅料和粘接剂总重量的1-1.3倍；所述的烧蚀辅料为耐高温有机聚合物、高热容金属粉末、低熔点陶瓷粉末中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。
所述的耐高温有机聚合物在300-800℃，高热容金属粉末在700-1300℃，低熔点陶瓷粉末在1200-1800℃范围内形成烧蚀吸热。
所述的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末中Y2O3的含量为5-7wt％。
所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素或聚苯乙烯。
所述的耐高温有机聚合物为酚醛树脂、改性有机硅树脂或聚酯。
所述的高热容金属粉末为纯铜、铁粉末或铜、铁基合金粉末。
所述的低熔点陶瓷粉末为纳米级或微米级的无定型SiO2或Si3N4材料。
上述一种高温热障与烧蚀复合涂层材料可涂敷于在大气层中各种高速运动的飞行器表面，起到高温热障与烧蚀复合保护层的作用。
上述一种高温热障与烧蚀复合涂层材料的应用1)、喷砂利用压缩空气将硬质磨料高速喷射工件表面，使其粗化；2)、等离子喷涂粘接层在步骤1)处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A；3)、等离子喷涂隔热材料将步骤2)所得到的工件喷涂一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
所述的硬质磨料为金刚砂、石英砂或碳化硅。所述的粘接层为镍包铝或NiCrAlY。
采用所述的复合涂层材料制备的高温热障与烧蚀涂层中，烧蚀辅料可在整个使用的温度范围内的不同温度段分别分解、汽化、升华，带走部分热量；而留下的多孔型ZrO2/Y2O3涂层起到最终的热障作用。
本发明在隔热材料中添加烧蚀辅料，在随后的升温过程中通过烧蚀材料在不同的温度段的分解炭化、熔化和升华吸热先带走一部分热量，部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉在烧蚀性涂层材料成分耗尽后，仍能起到热障涂层作用；以此两种隔热和防热复合功能作用可延长基体(即工件)达到工作温度上限的时间。其抗高温热障烧蚀性能是采用等离子喷涂工艺在金属基体上制备的高温热障与烧蚀复合涂层所具有的。本发明尤其适合于一次性隔热。
本发明的特点是1、利用相对不同熔点的烧蚀型材料在不同温度段分别液化或汽化时吸热带走大量的热量和剩余多孔状纳米氧化锆涂层的低热导率阻止热量传递的双重效果隔热。
2、选用纳米粒度的氧化锆粉末原料，使基相热障涂层的热导率随着晶粒的减小而降低，而纳米或纳微米粒度的烧蚀辅料烧蚀后留下的微小孔隙，为涂层提供更好的隔热效果。
3、团聚型纳米氧化锆制备的全过程采用物理团聚处理方法，既保持在每个团聚颗粒中热障与烧蚀涂层组分的统计平均不偏析，同时控制了纳米晶粒的长大。
4、喷雾干燥造粒过程中所加的粘接剂属低熔点有机物，在后续的等离子喷涂工艺过程中，300℃以下就会全部烧掉或挥发掉，不会成为热喷涂涂层中的杂质。
5、整个制备工艺流程少，设备简单，工艺参数易于控制，适合于连续化大规模生产。
6、能根据具体的工况要求，适当调整烧蚀材料的成分和组分的配比，制备出适合于工况条件使用的满意产品。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1取8.5千克10-100nm粒径的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末(氧化钇部分稳定氧化锆粉末)，加入1.5千克的纳米氧化硅，和0.2千克的聚乙烯醇粘接剂，充分混合后，再加入11千克的净水搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。所述的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末中Y2O3的含量为5-7wt％。
用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8Mpa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热的风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150-280℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取180-325目筛之间的粉末，其粒度范围为40-90μm，得产品(一种高温热障与烧蚀复合涂层材料)。
利用压缩空气将硬质磨料(金刚砂)高速喷射工件表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层(镍包铝)，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A。有粘接层的工件表面喷涂180-325目的团聚颗粒，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性，万能试验机测涂层的结合强度，用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，为了进行比较，选用同等条件的纯纳米氧化钇稳定的氧化锆粉末涂层作对比，用千分尺测定涂层厚度，通过等离子火焰模拟工况进行烧蚀试验，通过激光测温仪测量温度，秒表记录破坏所需时间。结果列于表1。
表1实施例1得到的纳米氧化锆复合隔热涂层与纯纳米氧化锆对比
实施例2取7.0千克10-100nm粒径的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末，1.0千克的纳米氮化硅和2.0千克0.5μm粒径的铜粉，加入0.2千克的聚乙烯醇粘接剂，经充分混合后，再加入11千克的净水搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。所述的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末中Y2O3的含量为5-7wt％。
用离心雾化喷嘴将料浆喷入干燥塔内，离心雾化器的转速为800-2000r/min，雾化的料浆微粒依靠自身的表面张力收缩成团聚实心球形，在热的风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150-280℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取180-325目筛之间的粉末，其粒度范围为40-90μm，得产品。粒度大于90μm和小于40μm的粉末作为回炉料，在下次进行一次造粒时作制成料浆用。
利用压缩空气将硬质磨料(金刚砂)高速喷射工件表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层(镍包铝)，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A。有粘接层的工件表面喷涂180-325目的团聚颗粒，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
用霍尔流量计测定粉末的松装密度和流动性，万能试验机测涂层的结合强度，用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，为了进行比较，选用同等条件的纯纳米氧化钇稳定的氧化锆粉末涂层作对比，千分尺测定涂层厚度，通过等离子火焰模拟工况进行烧蚀试验，通过激光测温仪测量温度，秒表记录破坏所需时间。结果列于表2。
表2 实施例2得到的纳米氧化锆复合隔热涂层与纯纳米氧化锆对比
实施例3取7.0千克10-100nm粒径的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末，2.0千克的10-30μm的铜粉和1.0千克的10-30μm的有机聚合物(酚醛树脂)粉末，加入0.2千克的聚乙烯醇粘接剂，充分混合后，再加入11千克的净水搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。所述的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末中Y2O3的含量为5-7wt％。
用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8Mpa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热的风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150-280℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取180-325目筛之间的粉末，其粒度范围为40-90μm，得产品。
利用压缩空气将硬质磨料(石英砂)高速喷射工件表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层(NiCrAlY)，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A。有粘接层的工件表面喷涂180-325目的团聚颗粒，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，为了进行比较，选用同等条件的纯纳米氧化钇稳定的氧化锆粉末涂层作对比，千分尺测定涂层厚度，通过等离子火焰模拟工况进行烧蚀试验，通过激光测温仪测量温度秒表记录破坏所需时间。结果列于表3。
表3实施例3得到的纳米氧化锆复合隔热涂层与纯纳米氧化锆对比
实施例4取6.5千克10-100nm粒径的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末，1.5千克的纳米氧化硅粉，2.0千克的10-30μm的有机聚合物(改性有机硅树脂)粉末，0.2千克的羧甲基纤维素粘接剂，充分混合后，再加入10.2千克的净水搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8Mpa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热的风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150-280℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取180-325目筛之间的粉末，其粒度范围为40-90μm，得产品。
利用压缩空气将硬质磨料(碳化硅)高速喷射工件表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层(镍包铝)，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A。有粘接层的工件表面喷涂180-325目的团聚颗粒，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，为了进行比较，选用同等条件的纯纳米氧化钇稳定的氧化锆粉末涂层作对比，千分尺测定涂层厚度，通过等离子火焰模拟工况进行烧蚀试验，通过激光测温仪测量温度，秒表记录破坏所需时间。结果列于表4。
表4实施例4得到的团聚形纳米氧化锆粉末的测试数据
实施例5取5.5千克10-100nm粒径的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末，1.5千克的氮化硅粉，2.0千克的10-30μm的铜粉，1.0千克的10-30μm的有机聚合物(聚酯)粉末，0.5千克的糊精粘接剂，充分混合后，再加入13.65千克的净水搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8Mpa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热的风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150-280℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取180-325目筛之间的粉末，其粒度范围为40-90μm，得产品。
利用压缩空气将硬质磨料(碳化硅)高速喷射工件表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层(镍包铝)，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A。有粘接层的工件表面喷涂180-325目的团聚颗粒，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，为了进行比较，选用同等条件的纯纳米氧化钇稳定的氧化锆粉末涂层作对比，千分尺测定涂层厚度，通过等离子火焰模拟工况进行烧蚀试验，通过激光测温仪测量温度，秒表记录破坏所需时间。结果列于表5。
表5实施例5得到的团聚形纳米氧化锆粉末的测试数据
实施例6取5.5千克10-100nm粒径的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末，1.5千克的10-40μm的纳米氧化硅，2.0千克的10-30μm的铜粉，1.0千克的10-30μm的有机聚合物(有机硅树脂)粉末，0.5千克的糊精粘接剂，充分混合后，再加入13.65千克的净水搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8Mpa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热的风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150-280℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取180-325目筛之间的粉末，其粒度范围为40-90μm，得产品。
利用压缩空气将硬质磨料(碳化硅)高速喷射工件表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层(镍包铝)，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A。有粘接层的工件表面喷涂180-325目的团聚颗粒，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，为了进行比较，选用同等条件的纯纳米氧化钇稳定的氧化锆粉末涂层作对比，千分尺测定涂层厚度，通过等离子火焰模拟工况进行烧蚀试验，通过激光测温仪测量温度，秒表记录破坏所需时间。结果列于表6。
表6实施例6得到的团聚形纳米氧化锆粉末的测试数据
实施例7取5.5千克10-100nm粒径的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末，1.5千克的纳米氧化硅，2.0千克的10-30μm的高碳铁粉，1.0千克的10-30μm的有机聚合物(有机硅树脂)粉末，0.5千克的糊精粘接剂，充分混合后，再加入13.65千克的净水搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8Mpa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热的风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150-280℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取180-325目筛之间的粉末，其粒度范围为40-90μm，得产品。
利用压缩空气将硬质磨料(碳化硅)高速喷射工件表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层(镍包铝)，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A。有粘接层的工件表面喷涂180-325目的团聚颗粒，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，为了进行比较，选用同等条件的纯纳米氧化钇稳定的氧化锆粉末涂层作对比，千分尺测定涂层厚度，通过等离子火焰模拟工况进行烧蚀试验，通过激光测温仪测量温度，秒表记录破坏所需时间。结果列于表7。
表7实施例7得到的团聚形纳米氧化锆粉末的测试数据
实施例8取5.5千克10-100nm粒径的部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉末，1.5千克的纳米氧化硅，2.0千克的10-30μm的铜粉，1.0千克的10-30μm的有机聚合物(聚酯)粉末，0.5千克的糊精粘接剂，充分混合后，再加入13.65千克的净水搅拌成均匀分散悬浮的料浆待用。
用干燥纯净的压缩空气作携带气体，气体压力控制在0.8Mpa，采取二流式喷嘴将料浆喷入干燥塔内，雾化的料浆依靠自身的表面张力收缩成团聚空心球形，在热的风中干燥，干燥塔加热器的加热温度控制在150-280℃之间，温度的高低调节以粉末充分干燥为限。随后通过抽风机将干燥的团聚粉末抽入旋风分离器内收集。将收集的粉末用机械分样筛进行筛分，取180-325目筛之间的粉末，其粒度范围为40-90μm，得产品。
利用压缩空气将硬质磨料(碳化硅)高速喷射工件表面，使其粗化。在处理过的工件表面喷涂一层厚0.8-1.2μm的粘接层(镍包铝)，功率为35-40KW，电压70-80V，电流450-500A。有粘接层的工件表面喷涂180-325目的团聚颗粒，涂层厚度达0.2-1mm，喷涂用的功率为40-45KW，电压75-85V，电流500-550A。
用扫描电镜测定粉末和涂层的形貌，X射线粉晶衍射测定粉末的晶体结构，在不锈钢基体上制备该种粉末涂层，为了进行比较，选用同等条件的纯纳米氧化钇稳定的氧化锆粉末涂层作对比，千分尺测定涂层厚度，通过等离子火焰模拟工况进行烧蚀试验，通过激光测温仪测量温度，秒表记录破坏所需时间。结果列于表8。
表8实施例8得到的团聚形纳米氧化锆粉末的测试数据
本发明部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉、烧蚀辅料、粘接剂和水原料的上下限取值以及区间值都能实现本发明，烧蚀辅料的耐高温有机聚合物、高热容金属粉末、低熔点陶瓷粉末的各具体原料都能实现本发明，在此就不一一列举实施例。
权利要求
1.一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于它主要由粒度为10-100nm部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉、烧蚀辅料、粘接剂和水原料制备而成，部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉和烧蚀辅料各占重量百分比为部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉55-85、烧蚀辅料15-45，粘接剂的加入量为部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉和烧蚀辅料重量的2-5％，水的加入量为部分稳定化的ZrO2/Y2O3粉、烧蚀辅料和粘接剂总重量的1-1.3倍；所述的烧蚀辅料为耐高温有机聚合物，高热容金属粉末，低熔点陶瓷粉末中的任意一种或任意二种或任意二种以上的混合物，任意二种或任意二种以上混合时，为任意配比。
2.根据权利要求1所述的一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于所述的耐高温有机聚合物在300-800℃、高热容金属粉末在700-1300℃、低熔点陶瓷粉末在1200-1800℃范围内形成烧蚀吸热。
3.根据权利要求1所述的一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于所述的耐高温有机聚合物为酚醛树脂、改性有机硅树脂或聚酯。
4.根据权利要求1所述的一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于所述的高热容金属粉末为纯铜、铁粉末或铜、铁基合金粉末。
5.根据权利要求1所述的一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于所述的低熔点陶瓷粉末为纳米级或微米级的无定型SiO2或Si3N4材料。
6.根据权利要求1所述的一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于所述的粘接剂为糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素或聚苯乙烯。
7.根据权利要求1所述的一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于采用所述的复合涂层材料制备的高温热障与烧蚀涂层中，烧蚀辅料可在整个使用的温度范围内的不同温度段分别分解、汽化、升华，带走部分热量；而留下的多孔型ZrO2/Y2O3涂层起到最终的热障作用。
8.根据权利要求1所述的一种高温热障与烧蚀复合涂层材料的应用，其特征在于可涂敷于在大气层中各种高速运动的飞行器表面，起到高温热障与烧蚀复合保护层的作用。
全文摘要
本发明涉及一种具有隔热功能的表面工程涂层材料及其应用。一种高温热障与烧蚀复合涂层材料，其特征在于它主要由粒度为10－100nm部分稳定化的ZrO
文档编号C09D167/00GK1884405SQ20061001917
公开日2006年12月27日 申请日期2006年5月30日 优先权日2006年5月30日
发明者程旭东, 杨章富, 张覃轶, 章桥新, 张子军, 邓飞飞, 高忠宝, 王晋春, 李丹虹 申请人:武汉理工大学