一种耐高温吸波涂层及其应用的制作方法

本发明属于电子材料技术领域，特别涉及一种耐高温电磁波吸波涂层及其在飞行器隐身中的应用。

背景技术：

吸波材料是指能够衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。吸波涂层是指将吸波材料通过一定的结构设计，涂覆于基底表面，使之具有吸波能力的一种功能性涂层。

飞行器在高速飞行时，伴随着强烈的气流冲刷，表面温度较高。这就要求所采用的吸波涂层不仅需要吸收频带宽，并且要具有耐高温，抗氧化，结合力好等性能。

目前，在耐高温吸波涂层方面，国内外开展的研究包括耐高温树脂研制、耐高温吸收剂开发、现有吸收剂的抗氧化处理等。

对已经应用成熟的磁性吸收剂进行抗氧化处理是目前研究较多的途径，因为它在涂料中与树脂等其他助剂的兼容性、应用环境的适应性方面具备雄厚的技术基础，例如采用吸收剂表面包覆法在吸收剂表面形成包覆膜。但是，因为吸收剂在吸波涂料中占有足够比例才具有一定吸波性能，且吸收剂颗粒小、比表面积大、涂层厚度不够等原因，涂覆于基底的单一耐高温吸波涂层只能在一定程度上改善吸收剂的抗氧化性能，并不能彻底解决吸波涂层的抗氧化问题，或者说这种涂层只能耐瞬间高温而不能在长时间高温环境中维持吸波性能。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种具备多层结构的耐高温吸波涂层，能在持续高温环境中保持吸波涂层的性能。

本发明的技术方案是：一种耐高温吸波涂层，其特征是：它包括涂覆于基底上的至少一层吸波层和两层隔热阻氧层，所述两层隔热阻氧层分别位于吸波层的上表面和下表面；所述吸波层以耐高温吸收剂和耐高温树脂为主要成分，具有吸收电磁波和抗氧化功能；所述隔热阻氧层主要由耐高温树脂和填料组成，以降低吸波层在高温下的温度和阻止吸波层直接与空气接触。

进一步的，上述吸波层由耐高温吸波涂料制成，所述耐高温吸波涂料主要包括表面包覆有SiO₂膜的羰基铁粉、聚甲基硅烷与双酚A型环氧树脂在隔绝空气条件下于100～180℃反应8～24小时改性生成的有机硅改性环氧树脂、以及耐高温酚醛树脂固化剂。

更进一步的，上述耐高温吸波涂料中所述颜填料主要为无机矿物类填料，如选自滑石粉、玻璃粉、石棉粉等中的一种或多种；所述混合溶剂主要为二甲苯，丁酮，乙酸乙酯的混合物。耐高温吸波涂料中还包括催干剂，如苄基二甲胺；偶联剂，如KH560；流变剂，如气相二氧化硅。更进一步的，上述耐高温吸波涂料中，按质量计，羰基铁粉吸收剂10～60份；颜填料2～40份；有机硅改性环氧树脂15～45份；耐高温酚醛树脂固化剂1～10份；偶联剂0.5-5份；混合溶剂10～50份。

进一步的，所述吸波层的厚度为0.3～1.2mm。

进一步的，所述隔热阻氧层中的耐高温树脂为酚醛树脂；所述颜填料一般是氧化物陶瓷，如选自SiO₂、ZnO₂、Al₂O₃、莫来石等中的一种或多种，以降低树脂的固化收缩率，防止出现裂纹或气孔。

更进一步的，所述隔热阻氧层的单层厚度为0.1～0.3mm。

上述耐高温吸波涂层可涂覆于飞行器外表面，以降低高温环境中的目标雷达特征。

本发明通过在基底表面和吸波层表面分别增加隔热阻氧层，以解决吸波层的隔热和氧化问题，从而保证了整个涂层的温度稳定性，即工作温度下长时间保持所要求的吸波性能，可用于飞行器外表面，实现目标在高温环境下的雷达隐身。

附图说明

附图1为本发明结构示意图；

附图2为本发明涂层在300℃高温实时测试的反射率(涂层厚度0.55mm，基板为耐热不锈钢)；

附图3为本发明涂层在300℃高温实时测试的反射率(涂层厚度1.65mm，基板为耐热不锈钢)；

附图4为没有隔热阻氧层时吸波层的高温反射率曲线(室温：室温下测得；350℃：350℃烘箱中保温2小时后测得；吸波层厚度0.50mm)；

附图5为包含隔热阻氧层时吸波层的高温反射率曲线(室温：室温下测得；350℃：350℃烘箱中保温2小时后测得；吸波层下表面和上表面的隔热阻氧层厚度分别为0.10mm、0.15mm；吸波层厚度0.50mm)。

具体实施方式

实施例1：制备耐高温吸波涂层

以氨水、正硅酸乙酯为原料，采用溶胶-凝胶法，制备了表面包覆SiO₂膜的羰基铁粉吸收剂。

按专利CN201010233875.8所述方法制备了有机硅改性环氧树脂。

以质量计,按照表面包覆SiO₂膜的羰基铁粉吸收剂10-60份；颜填料2-40份；有机硅改性环氧树脂15-45份；耐高温酚醛树脂固化剂1-10份；偶联剂(KH560)0.5-5份；混合溶剂10-50份的比例范围，称取各原料，将上述原料充分混合，在球磨机中球磨4h，得到吸波涂料。

以质量计,按照颜填料6-60份；有机硅改性环氧树脂15-45份；耐高温酚醛树脂固化剂1-10份；偶联剂(KH560)0.5-5份；混合溶剂10-50份的比例范围，称取各原料，将上述原料充分混合，在球磨机中球磨4h，得到隔热阻氧涂料。

以耐热不锈钢板为基底，经清洗、去油、打磨等处理后，在基底上按照隔热阻氧层1、吸波层、隔热阻氧层2的次序依次进行各层喷涂：每喷涂一层，在180℃进行固化定型，时间为2小时，保温时间为2小时，然后进行下一涂层的喷涂。

本发明对吸波涂料和隔热阻氧涂料各组分质量份数的最低值、最高值和中间值分别进行了称取、组合成不同配比涂料。经检测，上述配比范围内的涂料的各项物理化学性能均满足涂料国家标准要求。按上述方法分别制备不同厚度涂层板，各层厚度及涂层板编号如表1。

表1以耐热不锈钢为基底制备的涂层板

实施例2：耐高温吸波涂层反射率曲线测试

以涂层板1、2、3、4为对象，测试涂层的在8-18GHz的反射率曲线。附图2为涂层板1在350℃高温实时测试的反射率，附图3为涂层板2在300℃高温实时测试的反射率，附图4为涂层板3在300℃高温实时测试的反射率，附图5为涂层板4分别在室温和350℃高温实时测试的反射率。测试方法采用GJB 5022-2011所述的弓形架法；高温实时测试，采取平板炉加热，到达弓形架法测试。

实施例3：耐高温吸波涂层反射率测试

以涂层板1、2、3、4为对象，测试涂层的附着力、柔韧性、抗冲击强度。测试内容、达到的指标及参照的测试方法见表2。

表2耐高温吸波涂层常规性能测试

注：高温(300℃)附着力是在涂层板在马弗炉中300℃保温2小时后取出，冷却到室温后测试的涂层附着力。

实施例4：隔热阻氧层的作用对比测试

为了测试隔热阻氧层对吸波层的隔热和抗氧化性能影响，分别测试涂层板3和涂层板4在室温下、350℃烘箱中保温2小时后的反射率(8-18GHz)，测试结果见附图4、5。可以看出，隔热阻氧层的存在显著提供吸波层的高温吸波性能。