一种稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用、红外隐身涂层的制备方法

本发明涉及红外隐身材料，尤其涉及一种稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用、红外隐身涂层的制备方法。

背景技术：

1、随着现代科学技术的发展，军事探测技术日趋成熟，飞行器在飞行过程中被红外探测和识别的风险不断增加，提升材料的红外隐身性能十分重要。

2、在物体辐射过程可根据斯蒂芬-玻尔兹曼公式e＝σεt4(e为物体的红外辐射能量；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；ε为物体的发射率；t为物体的绝对温度)计算红外辐射信号强度或红外辐射能。可通过降低温度和减小发射率来降低物体的红外辐射量，进而提高物体的红外隐身性能。其中，降低温度可通过发展隔热材料和相变材料来实现，但这种方法需要引入较多的材料设备，结构复杂，几何形状限制明显且损失动力使得其应用受到一定的限制。为了保证飞行器具有足够的动力和推重比，降低表面温度这一方式可行性不高，因此采用在物体表面应用低红外发射率材料的方式减小物体的红外辐射能量，成为提高物体红外隐身性能的关键。根据维恩位移定律可以得到，当温度超过800℃时，目标红外辐射的主要来源波段为3～5μm。因此，降低短波范围内红外发射率变得尤为重要。

3、ceo2具有较高熔点、抗氧化、较低红外发射率等特点，被认为是红外隐身应用的候选材料，但其发射率仍无法满足红外隐身需求(常温在3～5μm波段发射率最低值约为0.4)。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用、红外隐身涂层的制备方法，本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料在3～5μm波段的发射率低，能够满足红外隐身需求。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种稀土掺杂氧化铈材料，为萤石结构，化学式如式1所示：ce1-xaxo2式1；式1中，0.1≤x≤0.3，a为gd、yb或lu。

4、本发明提供了上述方案所述稀土掺杂氧化铈材料的制备方法，包括以下步骤：

5、将a的氧化物粉体和ceo2粉体进行湿法球磨，干燥，得到混合粉体；所述a为gd、yb或lu；所述a的氧化物粉体中a和ceo2粉体的摩尔比为x:(1-x)；

6、将所述混合粉体进行第一烧结，得到所述稀土掺杂氧化铈材料。

7、优选的，所述第一烧结的温度为1600℃，保温时间为2h。

8、本发明提供了上述方案所述的稀土掺杂氧化铈材料或上述方案所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料在红外隐身涂层中的应用。

9、本发明提供了一种红外隐身涂层的制备方法，包括以下步骤：

10、将稀土掺杂氧化铈材料的粉体、粘结剂和水进行混合球磨，得到浆料；所述稀土掺杂氧化铈材料为上述方案所述稀土掺杂氧化铈材料或上述方案所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料；

11、将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形造粒粉；

12、将所述球形造粒粉依次进行排胶、升温和第二烧结，得到轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒；

13、采用等离子喷涂将所述轻烧结稀土掺杂氧化铈颗粒喷涂到带有粘结层的基体表面，形成所述红外隐身涂层。

14、优选的，所述等离子喷涂的条件包括：电流为600～700a，主气氩气的流量为45～55scfh，辅气氢气的流量为6～7scfh，载气氩气的流量为3～5scfh；送粉率为4～5rpm；喷枪与基体之间的距离为85～110mm。

15、优选的，所述粘结剂包括聚乙烯醇；所述粘结剂的质量为稀土掺杂氧化铈材料的粉体质量的0.5％；所述浆料的固含量为35～45％。

16、优选的，所述喷雾造粒在喷雾干燥机中进行，所述雾干燥机的进口温度为230～270℃，出口温度为140～150℃，蠕动泵转速为36～40r/s。

17、优选的，所述排胶的温度为540～570℃，保温时间为3～3.5h。

18、优选的，所述第二烧结的温度为1280～1350℃，保温时间为1.5～2.5h。

19、本发明提供了一种稀土掺杂氧化铈材料，为萤石结构，化学式如式1所示：ce1-xaxo2式1；式1中，0.1≤x≤0.3，a为gd、yb或lu。本发明通过在ceo2中掺杂单一的稀土元素a(gd、yb或lu)，稀土元素a固溶进ceo2的晶格中，提高了自由载流子浓度，进而减小红外发射率。实施例的结果表明，本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料在室温3～5μm波段范围内的平均发射率为0.074～0.13，其中4～5μm波段发射率低于0.08。

20、将本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料用于制备红外隐身涂层，形成的涂层在室温、3～5μm波段最低发射率达到0.5036，能够满足红外隐身需求。

21、此外，相比传统的金属类涂层材料耐温性差、高温下容易被氧化，无法在高温下长时间使用，本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料在高温下具有更好的稳定性。

技术特征：

1.一种稀土掺杂氧化铈材料，其特征在于，为萤石结构，化学式如式1所示：ce1-xaxo2式1；式1中，0.1≤x≤0.3，a为gd、yb或lu。

2.权利要求1所述稀土掺杂氧化铈材料的制备方法，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的温度为1600℃，保温时间为2h。

4.权利要求1所述的稀土掺杂氧化铈材料或权利要求2～3任一项所述制备方法制备得到的稀土掺杂氧化铈材料在红外隐身涂层中的应用。

5.一种红外隐身涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述等离子喷涂的条件包括：电流为600～700a，主气氩气的流量为45～55scfh，辅气氢气的流量为6～7scfh，载气氩气的流量为3～5scfh；送粉率为4～5rpm；喷枪与基体之间的距离为85～110mm。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚乙烯醇；所述粘结剂的质量为稀土掺杂氧化铈材料的粉体质量的0.5％；所述浆料的固含量为35～45％。

8.根据权利要求5或7所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾造粒在喷雾干燥机中进行，所述雾干燥机的进口温度为230～270℃，出口温度为140～150℃，蠕动泵转速为36～40r/s。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述排胶的温度为540～570℃，保温时间为3～3.5h。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二烧结的温度为1280～1350℃，保温时间为1.5～2.5h。

技术总结
本发明提供了一种稀土掺杂氧化铈材料及其制备方法和应用、红外隐身涂层的制备方法，涉及红外隐身材料技术领域。本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料为萤石结构，化学式为Ce<subgt;1‑</subgt;<subgt;x</subgt;A<subgt;x</subgt;O<subgt;2</subgt;；其中，0.1≤x≤0.3，A为Gd、Yb或Lu。本发明通过在CeO<subgt;2</subgt;中掺杂单一的稀土元素A(Gd、Yb或Lu)，稀土元素A固溶进CeO<subgt;2</subgt;的晶格中，提高了自由载流子浓度，进而减小红外发射率。实施例的结果表明，本发明提供的稀土氧化铈材料在室温3～5μm波段范围内的平均发射率为0.074～0.13，其中4～5μm波段发射率低于0.08。将本发明提供的稀土掺杂氧化铈材料用于制备红外隐身涂层，能够满足红外隐身需求。

技术研发人员：刘玲,马壮,柳彦博,高丽红,徐菲晗
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12