涂覆耐高温低红外发射率涂层的氧化物增强氧化物基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能涂层及其复合材料技术领域，具体涉及一种涂覆低红外发射率涂 层的复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 红外探测器对目标在3 μ m~5 μ m (高温）和8 μ m~14 μ m (常温）波段的红外 信号进行收集，再利用目标与背景的红外辐射能量差异通过成像来识别目标。根据红外辐 射能量差异计算公式：AW = σ egT目4_〇 ε背T背4,式中，为目标的红外发射率，ε背 为背景的红外发射率，Tg为目标的表面温度，T胃为背景温度。通常，由于发热等原因，目标 的表面温度会高于背景的温度，因此，降低目标表面温度、在高温部件上制备低发射率（ε g)涂层是降低目标与背景辐射强度差异的有效手段。
[0003] 随着航空航天技术的高速发展，飞行器的飞行速度越来越快，从亚音速到音速再 到超音速甚至超高音速，由此带来飞行器技术的两个发展趋势。趋势之一，飞行器使用的材 料越轻越具有技术优势，对飞行器材料重量的考量简直可以以克计量。在此发展趋势的指 导下，一批新型材料逐渐取代传统的金属合金材料，其中，氧化物增强氧化物复合材料（诸 如，Si0 2/Si02、莫来石/莫来石、Al203/Si0 2、A1203/A1203等）由于具有轻质、耐高温，抗氧化 等特性，已经成功代替金属合金材料应用在飞行器发动机尾喷管和鼻锥等热端部件。趋势 之二，飞行器高速飞行时，流经飞行器表面的气流由于摩擦等原因受到阻滞，动能转变为热 能，产生气动加热现象，使飞行器表面温度急剧升高，产生强烈的红外辐射特征，因此，控制 飞行器表面（包括热端部件）的红外辐射，成为飞行器设计和制备的一个趋势，而作为控制 红外辐射最常用的低发射率涂层技术，其涂层的耐高温性能成为研宄人员迫切需要解决的 问题。
[0004] 然而，目前几乎所有的低发射率涂层（常温或高温）都是基于金属合金材料为基 底（板）设计和制备的。因此，设计一种能够在由氧化物增强氧化物复合材料制备的飞行 器高温部件上使用，并且具有使用温度高、性能稳定、发射率低的耐高温低红外发射率涂层 将具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，克服以上【背景技术】中提到的不足和缺陷，提供一 种涂覆耐高温低红外发射率涂层的氧化物增强氧化物基复合材料，该复合材料上涂覆的 涂层具有结合性好、厚度薄、耐高温、可有效降低高温部件红外辐射、性能稳定、成本低等优 点；还相应提供一种工艺简单、操作容易、产品性能优异的前述氧化物增强氧化物基复合材 料的制备方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种涂覆耐高温低红外发射率涂 层的氧化物增强氧化物基复合材料，包括复合材料基底和涂覆于复合材料基底上的涂层， 所述涂层主要由Bi2O3-Al2O3-SiO 2系玻璃相和AgPd合金相组成，所述涂层与复合材料基底 的层间以化学键合方式相连接。
[0007] 上述的氧化物增强氧化物基复合材料中，优选的：所述涂层的耐受温度在KKKTC 以上，在3~5 μπι红外波段的平均红外发射率小于0. 3。涂层的厚度最小可达15 μπι，优选 可控制在15 μ m~30 μ m，表面粗糙度Ra可小于3 μ m。
[0008] 上述的氧化物增强氧化物基复合材料中，优选的：所述Bi2O3-Al 2O3-SiO2系玻 璃相和AgPd合金相中，Bi2O 3-Al2O3-SiO2系玻璃、金属Ag和金属Pd的质量比为（15~ 20) : (50 ~65) : (20 ~35)。
[0009] 上述的氧化物增强氧化物基复合材料中，所述Bi2O3-Al 2O3-SiO2*玻璃相中各氧 化物组分的质量百分比分别为：Bi 20340%~60% ;A120310%~25% ;Si0215%~25% ;CaO 2%~5% ;MgO 1%~5% ;和氏031%~6%。
[0010] 作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的氧化物增强氧化物基复合材料 的制备方法，包括以下步骤：
[0011] (1)将包含Bi203、A1A、Si02、CaO、MgO、B 2O3的玻璃原料粉体混合均勾，装入坩埚 中，再置于马弗炉中进行高温熔炼，将熔化后的玻璃熔体倒入去离子水中进行淬冷，得到玻 璃；
[0012] (2)将上述制得的玻璃进行湿法球磨，球磨后，烘干、过筛（优选是指过200目~ 400目筛），得到玻璃粉；
[0013] (3)将上述制得的玻璃粉与金属Ag、金属Pd按质量配比在搅拌机中混勾，得混合 料；
[0014] (4)将上述得到的混合料与有机载体按配比混合，然后通过研磨机混料，制备得到 低发射率涂层涂料；研磨机优选使用三棍研磨机，其转速优选为250~450r/min，研磨混料 时间优选为3~6h ;
[0015] (5)采用刷涂法或者丝网印刷法，将上述制备得到的低发射率涂层涂料均匀刷涂 或印制在预先备置的氧化物增强氧化物基复合材料上，通过调整涂料的刷涂或印制次数调 控涂层的厚度，然后置于空气中，风干流平，在烘箱中干燥，最后置于马弗炉中烧结，即获得 涂覆耐高温低红外发射率涂层的氧化物增强氧化物基复合材料。
[0016] 上述的制备方法，优选的，所述玻璃原料粉体中各氧化物成分的质量分数分别 为：
[0017]
【主权项】
1. 一种涂覆耐高温低红外发射率涂层的氧化物增强氧化物基复合材料，包括复合材料 基底和涂覆于复合材料基底上的涂层，其特征在于：所述涂层主要由Bi 2O3-Al2O3-SiO2系玻 璃相和AgPd合金相组成，所述涂层与复合材料基底的层间以化学键合方式相连接。
2. 根据权利要求1所述的氧化物增强氧化物基复合材料，其特征在于：所述涂层的耐 受温度在l〇〇〇°C以上，在3~5 y m红外波段的平均红外发射率小于0. 3。
3. 根据权利要求1或2所述的氧化物增强氧化物基复合材料，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、金属Ag和金属Pd的 质量比为（15~20) : (50~65) : (20~35)。
4. 根据权利要求3所述的氧化物增强氧化物基复合材料，其特征在于：所述 Bi2O3-Al 2O3-SiO2系玻璃相中各氧化物组分的质量百分比分别为： Bi2O3 40 % ~ 60% ； Al2O3 10 % ~ 25% ； SiO2 15%~25%; CaO 2%~5% ; MgO 1%~5% ;和 B2O3 1%~6%〇
5. -种如权利要求1~4中任一项所述的氧化物增强氧化物基复合材料的制备方法， 包括以下步骤： ⑴将包含Bi203、A1203、Si0 2、CaO、MgO、B2O3的玻璃原料粉体混合均勾，装入坩埚中，再 置于马弗炉中进行高温熔炼，将熔化后的玻璃熔体倒入去离子水中进行淬冷，得到玻璃； (2) 将上述制得的玻璃进行湿法球磨，球磨后，烘干、过筛，得到玻璃粉； (3) 将上述制得的玻璃粉与金属Ag、金属Pd按质量配比在搅拌机中混匀，得混合料； (4) 将上述得到的混合料与有机载体按配比混合，然后通过研磨机混料，制备得到低发 射率涂层涂料； (5) 采用刷涂法或者丝网印刷法，将上述制备得到的低发射率涂层涂料均匀刷涂或印 制在预先备置的氧化物增强氧化物基复合材料上，通过调整涂料的刷涂或印制次数调控涂 层的厚度，然后置于空气中，风干流平，在烘箱中干燥，最后置于马弗炉中烧结，即获得涂覆 耐高温低红外发射率涂层的氧化物增强氧化物基复合材料。
6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高温熔炼过程的工艺条件控制 包括：熔炼温度为1600°C~1800°C，熔炼保温时间为Ih~3h。
7. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述湿法球磨过程的工艺条件控制 包括：球料比为（2~3) : 1，球磨介质为丙酮，球磨转速为380r/min~450r/min，球磨时 间为6h~12h。
8. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3)中的搅拌机为行星式重 力搅拌机，其工艺条件控制包括：公转速度1280印111~1500印111，自转速度为30%~60%， 揽拌时间60~120min。
9. 根据权利要求5~8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4)中，所述 混合料与有机载体混合时的质量百分数分别为：混合料占75 %~80 %，有机载体占25 %~ 20% ； 所述有机载体主要由柠檬酸三丁酯、硝酸纤维素、卵磷脂组成，三者在有机载体中的质 量百分数分别为： 柠檬酸三丁酯70 %~80% ; 硝酸纤维素 2%~10% ; 卵磷脂 10 %~20%; 所述步骤（4)制备得到的低发射率涂层涂料的粘度为170~300pa ? s。
10.根据权利要求5~8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5)中，烧结 时的烧结温度为l〇〇〇°C~1050°C，升温速度为15°C /min~20°C /min，烧结时间为IOmin~ 60min〇
【专利摘要】一种涂覆耐高温低红外发射率涂层的氧化物增强氧化物基复合材料，包括复合材料基底和涂覆于其上的涂层，涂层主要由Bi2O3-Al2O3-SiO2系玻璃相和AgPd合金相组成。该复合材料制备包括以下步骤：先将各玻璃原料粉体混合进行高温熔炼得到玻璃；将玻璃进行湿法球磨，烘干、过筛得到玻璃粉；将玻璃粉与Ag、Pd混匀，将混合料与有机载体混合得到涂料；将涂料均匀刷涂或印制在预先备置的氧化物增强氧化物基复合材料上，然后风干流平，干燥，最后烧结，即获得涂覆耐高温低红外发射率涂层的氧化物增强氧化物基复合材料。本发明的产品具有结合性好、厚度薄、耐高温、可有效降低高温部件红外辐射、性能稳定、成本低等优点。
【IPC分类】C22C29-12, B22F7-02
【公开号】CN104858434
【申请号】CN201510190347
【发明人】程海峰, 刘海韬, 田 浩, 黄文质, 周永江
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月21日