抗强激光烧蚀的防护涂层及其制备方法【专利说明】抗强激光烧蚀的防护涂层及其制备方法[0001]
技术领域：
[0002]本发明涉及一种防护涂层及其制备方法，特别涉及一种抗强激光烧蚀的防护涂层及其制备方法。【
背景技术：
】[0003]激光武器具有快速(光速)、精确、抗电子干扰等其它武器无可比拟的优点，即将成为现代高科技条件下战争的重要打击手段之一。随着激光武器特别是高能激光武器的快速发展，空间飞行器面临激光武器打击的危险越来越大。激光武器对目标的损毁方式可分为软破坏和硬破坏两类。软破坏是使飞行器的光学薄膜或光电传感器产生干扰、致盲和破坏，其所需的激光能量密度较低，仅需10?102J/cm2。硬破坏是通过强激光(或高能激光)的辐照使飞行器的结构件温度升高，导致结构材料的抗拉、抗压强度和弹性模量的降低而使飞行器在自身飞行载荷的作用下产生失效。硬破坏所需的激光能量密度较高，约为103?104J/cm2。[0004]针对强激光对空间飞行器的硬杀伤，在空间飞行器外表面涂覆抗强激光烧蚀涂层是有效的抗强激光损伤途径。抗强激光涂层可以利用高反射率材料对光的反射特性，将入射激光大部分反射或散射出去，减少激光能量在材料上的沉积，从而保护材料，也可利用有效烧蚀热高的材料在激光辐照下产生吸热烧蚀而消耗大量的激光沉积热量，有效保护结构材料。Slemp等将耐激光辐射的颗粒状填料涂覆在透明的防辐射薄膜上，在薄膜底部沉积上有镜面反射功能的金属层，然后将薄膜叠加制成多层抗激光结构，该结构能同时达到高反射和抗烧蚀的效果(Slemp.Particulateandsolarradiat1nstablecoatingforspacecraft[P],USPat,4，008,348.1977.)。该专利采用的工艺方法复杂，难以推广到实际工程应用中。美国海军研制了一种含有铝颜料的有机硅高温涂料-TT2P228，该涂料具有较高的反射率，可在650°C高温条件下起到抗激光防护的作用。该涂料主要利用铝颜料对激光反射的作用来实现抗激光防护，只能用于激光辐照强度较低的场合。美国研究了一种由多层石墨组成的抗激光结构，每层石墨很薄且光滑如镜，对激光具有很高的反射率，起到了抗激光加固的效果(郭亚林，梁国正，丘哲明等.激光辐照下的材料破坏和防护研究进展[J].材料保护，2003，36(12):8-10，13.)，但该抗激光结构的制备方法没有提及。中国专利申请号CN200810244070.6公布了一种抗激光烧蚀的防护涂层及其制备方法，该方法的特点是先将聚碳硅烷与二乙烯基苯按比例混合，加热搅拌形成透明的混合溶液，然后在混合溶液中加入适量的短切碳纤维及氧化锆粉末并搅拌均匀制得具有一定粘度的涂料，将该涂料涂覆到预处理过的铝合金基板表面并放入烘箱中加热固化处理后得到复合涂层。该复合涂层中含有氧化锆粉末，涂层的密度较高。于庆春等采用刷涂工艺制备了片状石墨增强钡酚醛树脂基复合材料，并采用重频激光辐照方式对复合材料的耐激光烧蚀性能进行了研究。该复合材料中的片状石墨以近平行的方式呈层状分布，在激光辐照过程中能对入射激光起到平面反射作用，从而降低激光辐照的能量沉积，其耐激光烧蚀性能明显高于碳纤维增强的钡酚醛树脂基复合材料(于庆春，万红.片状石墨增强树脂基复合材料的耐激光烧蚀性能研究[J]，无机材料学报，2012，27(2):157-161)。陈博等制备了鳞片石墨改性环氧树脂涂层，该涂层填料体积分数85%，固化温度80°C，固化时间2h，固化过程中采用真空模压方式增强树脂和填料之问的结合度和致密度。(陈博，万红，白书欣.石墨改性环氧树脂抗激光辐照性能[J].强激光与粒子束2011，23(10):2617-2620)o上述两种涂层具有良好的抗激光烧蚀性能，但涂层的强度低，难以满足工程应用的要求。【
发明内容】[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种密度低、强度高、价格低廉、性能稳定、可喷涂的抗强激光烧蚀的防护涂层，还提供一种工艺简单、成本低廉的抗强激光烧蚀的防护涂层的制备方法。[0006]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:一种抗强激光烧蚀的防护涂层，所述防护涂层是由鳞片石墨、SiC晶须、环氧改性的有机硅树脂和酚醛树脂制备而成(以SiC晶须为涂层增强剂，以环氧改性的有机硅树脂为粘接剂和成膜剂，以酚醛树脂为固化剂)，其中，按质量分数计，所述鳞片石墨为50%?60%，所述SiC晶须为5%?10%，所述环氧改性的有机硅树脂和酚醛树脂共为35%?45%，且所述环氧改性的有机硅树脂与酚醛树脂的质量比为2?6:I。[0007]上述防护涂层，优选的，所述鳞片石墨的直径为50微米?100微米。[0008]作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述防护涂层的制备方法，包括以下步骤:(1)按所述质量分数分别称取鳞片石墨、SiC晶须、环氧改性的有机硅树脂和酚醛树脂；将环氧改性的有机硅树脂和酚醛树脂加入到稀释剂中溶解，并搅拌均匀，得到混合粘接剂；将鳞片石墨和SiC晶须混合，经湿法球磨后，得到混合粉料；(2)将步骤(I)得到的混合粘接剂和混合粉料进行混合，经球磨后，得到涂覆浆料；(3)将步骤(2)所得涂覆浆料涂覆于基体材料上，进行加热固化，重复所述涂覆和加热固化的过程，直至达到所需的涂层厚度，在基体材料上得到抗强激光烧蚀的防护涂层。[0009]上述制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述加热固化的过程为:所述加热固化的过程为:先升温至110°C?130°C，保温Ih?2h，然后升温至140°C?160°C，保温Ih?2h，再升温至180°C?200°C，保温2h?4h。[0010]上述制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述涂覆的方式为喷涂。[0011]上述制备方法，优选的，所述步骤(I)中，所述稀释剂的质量为所述环氧改性的有机硅树脂和酚醛树脂总质量的100%?200%。[0012]上述制备方法，优选的，所述步骤(I)中，所述稀释剂为二甲苯与正丁醇的混合溶剂、酒精或丙酮中的一种。[0013]上述制备方法，优选的，所述步骤(I)中，所述鳞片石墨和SiC晶须的混合时间为2h?4h，所述湿法球磨的时间为4h?8h。[0014]上述制备方法，优选的，所述步骤(2)中，所述球磨的时间为4h?6h。[0015]本发明的抗强激光烧蚀的防护涂层中，环氧改性的有机硅树脂优选江苏江阴大阪涂料厂生产的环氧改性有机硅树脂，商品名为TR613。[0016]与现有技术相比，本发明的优点在于:1、本发明的抗强激光烧蚀的防护涂层，以鳞片石墨为主功能相，SiC晶须为增强体，环氧改性的有机硅树脂为基体树脂，酚醛树脂为固化剂。其中鳞片状石墨具有天然的层状结构，拥有良好的反射性能、低纵向热导率和高横向热导率，还具有较高的汽化温度、汽化潜热和辐射率，具有高的耐激光烧蚀性能，且密度低、价格低廉。但是，由于鳞片石墨因层间结合强度很低，会导致以鳞片石墨为主功能相的耐烧蚀涂层的抗拉强度低，本发明采用SiC晶须来提高涂层强度，采用环氧改性的有机硅树脂作为基体树脂，既具有良好的工艺性和耐温性，又起到涂层成膜剂和粘接剂的作用，采用酚醛树脂充当树脂固化剂，实现高成炭率和较高的固化强度，提高涂层的耐热性和坚硬度。[0017]2、本发明的抗强激光烧蚀的防护涂层的制备方法工艺简便，成本低廉，其中涂覆浆料可直接采用喷涂的方法涂于被保护的基体材料表面，如铝合金、钢及树脂基复合材料表面。【附图说明】[0018]图1为本发明实施例1中所用鳞片石墨的微观形貌图。[0019]图2为本发明实施例1中抗强激光烧蚀的防护涂层的微观形貌图。[0020]图3为本发明实施例1中抗强激光烧蚀的防护涂层的实物图。[0021]图4为本发明实施例1中抗强激光烧蚀的防护涂层的烧蚀形貌图。[0022]图5为本发明实施例1中抗强激光烧蚀的防护涂层的背面温升曲线。【具体实施方式】[0023]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。[0024]以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。[0025]实施例1:一种本发明的抗强激光烧蚀的防护涂层，该防护涂层是由鳞片石墨、SiC晶须、环氧改性的有机硅树脂和酚醛树脂制备而成，其中，按质量分数计，鳞片石墨为50%，SiC晶须为10%，环氧改性的有机硅树脂为32%，酚醛树脂为8%，环氧改性的有机硅树脂与酚醛树脂的质量比为4:10[0026]本实施例中，鳞片石墨的直径为80微米?100微米。[0027]本实施例中，环氧改性的有机当前第1页1 2