專利名稱：一種耐高溫高壓隔熱涂料及其制備涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隔熱涂料及其制備涂層的方法。
背景技術(shù)：
隔熱涂料是指高熔點、低熱導(dǎo)率的氧化物無機涂料，用于阻止高溫、高壓燃?xì)鉄?量入侵，以提高基本金屬部件的使用溫度和耐熱強度，航空炸彈助推火箭發(fā)動機工作時要 在0. 3s 0. 5s的時間內(nèi)產(chǎn)生8X IO4N 1X10%的推力，此時發(fā)動機燃燒室內(nèi)的燃?xì)鉁?度高達300(TC，燃?xì)鈮毫_25MI^若與發(fā)動機燃燒室壁直接接觸，燃?xì)獾拇罅繜崃總鹘o燃 燒室內(nèi)壁，室壁受熱后，燃燒室壁內(nèi)產(chǎn)生一定的溫度梯度，燃燒室內(nèi)表面溫度升高，材料膨 脹較大，外表面溫度較低，膨脹較小，這就使內(nèi)壁層膨脹受外層的約束，使燃燒室殼體內(nèi)產(chǎn) 生一定的熱應(yīng)力，易造成燃燒室爆裂；更重要的是燃燒室殼體金屬材料在高溫下其機械性 能顯著降低，為此采用噴涂隔熱涂層的措施來防止發(fā)動機的殼體溫度上升，使發(fā)動機在工 作時間內(nèi)殼體不產(chǎn)生過熱而可靠工作?，F(xiàn)有的發(fā)動機燃燒室內(nèi)壁隔熱涂料是以有機硅樹 脂為膠粘劑，加入二氧化鈦、三氧化二鉻、白云母和滑石粉為填料的涂料，這種涂料當(dāng)溫度 高于2000°C時，涂層中的二氧化鈦、三氧化二鉻易脫落，失去了隔熱效果，其導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 0504ff/m ·Κ，不能應(yīng)用于燃燒溫度高達3000°C、燃?xì)鈮毫?5MPa的航空炸彈助推火箭發(fā)動 機上。現(xiàn)有的發(fā)動機燃燒室內(nèi)壁涂層的工藝方法是將一個外部形狀與發(fā)動機燃燒室內(nèi)部 形狀一致的模具，放置在與發(fā)動機燃燒室內(nèi)，在模具的外壁與發(fā)動機的機燃燒室內(nèi)壁之間 形成一個間隙為0. 75mm 1. 2mm，然后將這個間隙形成的空間抽真空后，在2X IO4N的力的 作用下，將配置好的液態(tài)涂料吸入間隙中充滿后置于高溫下固化，最后將模具去掉，得到粘 貼在發(fā)動機燃燒室內(nèi)壁上的涂層，這種工藝方法去掉模具的過程困難，操作復(fù)雜，產(chǎn)品合格 率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的隔熱涂料耐熱溫度低、在高速燃?xì)饬鞯臎_刷下易脫落、 涂層制備工藝復(fù)雜，不能滿足燃?xì)鉁囟雀哌_300(TC、燃?xì)鈮毫?5MPa的航空炸彈助推火 箭發(fā)動機應(yīng)用要求的問題，提供一種耐高溫高壓隔熱涂料及涂層的制備方法。本發(fā)明的一種耐高溫高壓隔熱涂料，按質(zhì)量百分比由20% 30%熱固性酚醛樹 脂、40% 50%綠色碳化硅粉和20% 40%白色鋼玉粉組成。利用上述一種耐高溫高壓隔熱涂料制備涂層的方法按以下步驟進行一、將支座 固定在滾架上，滾輪由支座支撐并通過傳動軸、皮帶傳動機構(gòu)與滾輪電機相連，待噴涂的發(fā) 動機燃燒室放置在滾輪上；二、將導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌架上，將噴槍固定在沿導(dǎo)軌移動的滑車 上，并且使噴槍的軸線與發(fā)動機燃燒室的軸線重合；噴槍通過軟管與貯料罐相連；三、將上 述的耐高溫高壓隔熱涂料加入到貯料罐中；四、啟動滾輪電機，使?jié)L輪轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)動機 燃燒室按80轉(zhuǎn)/分鐘 220轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速繞其軸線旋轉(zhuǎn)；五、啟動滑車電機，經(jīng)變速箱 變速后，使滑車沿導(dǎo)軌帶動噴槍以0. 8m/min 1. 5m/min的速度向發(fā)動機燃燒室移動，當(dāng)噴槍嘴到達發(fā)動機燃燒室的右端時，啟動噴槍噴涂，噴槍嘴處的壓力為0. IMPa 0. 15Mpa, 當(dāng)噴槍的噴嘴到達發(fā)動機燃燒室的左端時，滑車反向運動，反復(fù)噴涂使涂層的厚度達到
0.5mm 0. 8mm ；六、將噴涂好的發(fā)動機燃燒室放置到烘干箱中固化，并按0. 8 °C /min
1.30C /min的速度升溫至100°C 110°C保持30min 50min，然后自然冷卻至室溫，即得到 耐高溫高壓隔熱涂層。本發(fā)明采用熱固性酚醛樹脂、耐熱材料綠色碳化硅粉和白色鋼玉粉混合得到粘度 為40s 60s(用涂-4粘度計測量)的涂料，與燃燒室金屬壁(30CrMnSiA材料)的粘接性能 好，涂層熱膨脹系數(shù)與金屬殼體接近，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，能適應(yīng)金屬殼體的熱脹冷縮，不 脫落，在沖擊和振動下不破壞，涂料中的耐高溫物質(zhì)為綠碳化硅粉和白色鋼玉粉，涂層厚度 為0. 5mm 0. 8mm,其導(dǎo)熱系數(shù)為0. 006ff/m ·Κ 0. 007ff/m ·Κ，具有良好的隔熱性能，3000°C 的溫度及25MPa 30Mpa壓力下不脫落，能有效的起到隔熱防護性能，涂料性能穩(wěn)定，制備 好的涂層貯存期長達20年，容易制造，工藝簡單。發(fā)動機燃燒室為Φ205πιπιΧ2. 8m 3. Omm 的圓柱形筒體，在筒體轉(zhuǎn)動的同時使噴槍沿筒體內(nèi)壁的軸線直線運動，在筒體的內(nèi)表面均 勻涂覆一層涂料，涂層再經(jīng)固化即可。采用該涂層技術(shù)解決了航空炸彈助推發(fā)動機燃燒室 的隔熱問題，經(jīng)交付部隊試用后，無一發(fā)燃燒室產(chǎn)生爆裂或產(chǎn)生局部凸包現(xiàn)象，耐熱性可 靠、穩(wěn)定。制備涂層的工藝方法簡單，固化結(jié)束后沒有去除模具的操作過程，效率高。


圖1是具體實施方式
一的噴涂設(shè)備示意圖，其中1是支座，2是滾架，3是滾輪，4是 傳動軸，5是皮帶傳動機構(gòu)，6是滾輪電機，7是導(dǎo)軌，8是導(dǎo)軌架，9是噴槍，10是滑車，11是 軟管，12是貯料罐，13是發(fā)動機燃燒室，14是滑車電機，15是變速箱，16是噴槍嘴；圖2是具體實施方式
一的噴涂設(shè)備A-A面的剖示圖，其中17是涂層。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的一種耐高溫高壓隔熱涂料，按質(zhì)量百分比由 20% 30%熱固性酚醛樹脂、40% 50%綠色碳化硅粉和20% 40%白色鋼玉粉組成。本實施方式的耐高溫、耐高壓隔熱涂料與燃燒室金屬壁(30CrMnSiA材料)的粘 接性能好，涂層熱膨脹系數(shù)與金屬殼體接近，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，能適應(yīng)金屬殼體的熱脹冷 縮，不脫落，在沖擊和振動下不破壞，涂料中的耐高溫物質(zhì)為綠色碳化硅粉和白色鋼玉粉， 涂層厚度為0. 5mm 0. 8mm,其導(dǎo)熱系數(shù)為0. 006ff/m ·Κ 0. 007ff/m ·Κ，具有良好的隔熱性 能，在3000°C的溫度及25MPa的燃?xì)饬鳑_刷下不脫落，能有效進行隔熱，涂料的性能穩(wěn)定， 制備好的涂層貯存期長達20年。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述的綠色碳化硅粉 的細(xì)度為380目 460目。所述的綠色碳化硅粉的細(xì)度為。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是所述的綠碳化硅 粉的細(xì)度為400目 450目。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三不同的是所述的綠碳化硅 粉的細(xì)度為420目。其它與具體實施方式
一至三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四不同的是所述的白色鋼玉粉的細(xì)度為觀0目 500目。其它與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五不同的是所述的白色鋼玉 粉的細(xì)度為300目 400目。其它與具體實施方式
一至五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六不同的是所述的白色鋼玉 粉的細(xì)度為320目。其它與具體實施方式
一至六相同。
具體實施方式
八本實施方式與與具體實施方式
一不同的是耐高溫高壓隔熱涂 料按質(zhì)量百分比由22 % 觀％的熱固性酚醛樹脂、42 % 48 %的綠碳化硅粉和25 % 35%的白色鋼玉粉組成。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同的是耐高溫高壓隔熱涂料 按質(zhì)量百分比由25%的1411酚醛樹脂溶液、45%的綠碳化硅粉和30%的白色鋼玉粉組成。本實施方式所述的1411酚醛樹脂溶液、綠碳化硅粉和白色鋼玉粉均為市售商品。本實施方式的一種耐高溫高壓隔熱涂料的制備方法是將按質(zhì)量百分比25%熱 固性酚醛樹脂、45%綠色碳化硅粉和30%白色鋼玉粉混合均勻即可。本實施方式的耐高溫高壓隔熱涂料與燃燒室金屬筒內(nèi)壁(材料為30CrMnSiA)的 粘接性能好，涂層熱膨脹系數(shù)與金屬殼體接近，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，能適應(yīng)金屬殼體的熱脹 冷縮，不脫落，在沖擊和振動下不破壞，涂料中的耐高溫物質(zhì)為綠色碳化硅粉和白色鋼玉 粉，涂層厚度為0. 7mm,其導(dǎo)熱系數(shù)為0. 00658ff/m · K，具有良好的隔熱性能，3000°C的溫度 和25MPa壓力下不脫落，能有效隔熱，涂料的性能穩(wěn)定，制備好的涂層貯存期長達20年。
具體實施方式
十(參見圖1、圖幻本實施方式利用上述一種耐高溫高壓隔熱涂料 制備涂層的方法按以下步驟進行一、將支座1固定在滾架2上，滾輪3由支座1支撐并通過 傳動軸4、皮帶傳動機構(gòu)5與滾輪電機6相連，待噴涂的發(fā)動機燃燒室13放置在滾輪3上； 二、將導(dǎo)軌7固定在導(dǎo)軌架8上，將噴槍9固定在沿導(dǎo)軌7移動的滑車10上，并且使噴槍9 的軸線與發(fā)動機燃燒室13的軸線重合；噴槍9通過軟管11與貯料罐12相連；三、將具體 實施方式一所述的耐高溫高壓隔熱涂料加入到貯料罐12中；四、啟動滾輪電機6，使?jié)L輪3 轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)動機燃燒室13按80轉(zhuǎn)/分鐘 220轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速繞其軸線旋轉(zhuǎn)；五、啟 動滑車電機14，經(jīng)變速箱15變速后，使滑車10沿導(dǎo)軌7帶動噴槍9以0. 8m/min 1. 5m/ min的速度向發(fā)動機燃燒室13移動，當(dāng)噴槍嘴16到達發(fā)動機燃燒室13的右端時，啟動噴槍 噴涂，噴槍嘴16處的壓力為0. IMPa 0. 15Mpa,當(dāng)噴槍的噴嘴16到達發(fā)動機燃燒室13的 左端時，滑車10反向運動，反復(fù)噴涂使涂層的厚度達到0. 5mm 0. 8mm ；六、將噴涂好的發(fā) 動機燃燒室放置到烘干箱中固化，并按8V /IOmin 13°C /IOmin的速度升溫至100°C 110°C保持30min 50min，然后自然冷卻至室溫，即得到耐高溫高壓隔熱涂層。本實施方式涂層的制備方法簡單，高效。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
十不同的是步驟四中發(fā)動機燃 燒室13按轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘 200轉(zhuǎn)/分鐘繞其軸線旋轉(zhuǎn)。其它與具體實施方式
十相 同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
十或十一不同的是步驟四中發(fā) 動機燃燒室13按轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分鐘繞其軸線旋轉(zhuǎn)。其它與具體實施方式
十或十一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
十至十二不同的是步驟五中噴 槍管9以lm/min 1. 2m/min的速度向發(fā)動機燃燒室13移動。其它與具體實施方式
十至十二相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十至十三不同的是步驟五中噴 槍管9以1. lm/min的速度向發(fā)動機燃燒室13移動。其它與具體實施方式
十至十三相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
十至十四不同的是步驟五中噴 槍嘴16處的壓力為0. IlMPa 0. 14Mpa。其它與具體實施方式
十至十四相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
十至十五不同的是步驟五中噴 槍嘴16處的壓力為0. 13MPa。其它與具體實施方式
十至十五相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十至十六不同的是步驟五中涂 層的厚度為0. 55mm 0. 75mm。其它與具體實施方式
十至十六相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
十至十七不同的是步驟五中涂 層的厚度為0.65mm。其它與具體實施方式
十至十七相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
十至十八不同的是步驟六中將 噴涂好的發(fā)動機燃燒室放在烘干箱中，按0. 90C /min 1. 2V /min的速度升溫至101°C 109°C保持35min 45min，然后自然冷卻至室溫。其它與具體實施方式
十至十八相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
十至十九不同的是步驟六中將 噴涂好的發(fā)動機燃燒室放在烘干箱中，按l°c /min的速度升溫至105°C保持40min，然后自 然冷卻至室溫。其它與具體實施方式
十至十九相同。
具體實施方式
二十一本實施方式的利用具體實施方式
九所述的耐高溫高壓隔熱 涂料制備涂層的方法，按以下步驟進行一、將支座1固定在滾架2上，滾輪3由支座1支撐 并通過傳動軸4、皮帶傳動機構(gòu)5與滾輪電機6相連，待噴涂的發(fā)動機燃燒室13放置在滾 輪3上；二、將導(dǎo)軌7固定在導(dǎo)軌架8上，將噴槍9固定在沿導(dǎo)軌7移動的滑車10上，并且 使噴槍9的軸線與發(fā)動機燃燒室13的軸線重合；噴槍9通過軟管11與貯料罐12相連；三、 將具體實施方式
九所述的耐高溫高壓隔熱涂料加入到貯料罐12中；四、啟動滾輪電機6，使 滾輪3轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)動機燃燒室13按120轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速繞其軸線旋轉(zhuǎn)；五、啟動滑車 電機14，經(jīng)變速箱15變速后，使滑車10沿導(dǎo)軌7帶動噴槍9以1. 2m/min的速度向發(fā)動機 燃燒室13移動，當(dāng)噴槍嘴16到達發(fā)動機燃燒室13的右端時，啟動噴槍噴涂，噴槍嘴16處 的壓力為0. 15Mpa,當(dāng)噴槍的噴嘴16到達發(fā)動機燃燒室13的左端時，滑車10反向運動，反 復(fù)噴涂使涂層的厚度達到0. 8mm ；六、將噴涂好的發(fā)動機燃燒室放置到烘干箱中固化，并按 0. 90C /min 1. 3°C /min的速度升溫至110°C保持40min，然后自然冷卻至室溫，即得到耐 高溫高壓隔熱涂層。本實施方式涂層的制備工藝簡單，高效。本實施方式在航空炸彈助推發(fā)動機的燃燒室的金屬材料為30CrMnSiA，壁厚為 2. 8mm 3. 0mm，加工有隔熱涂層的發(fā)動機燃燒室10發(fā)，經(jīng)與未噴涂隔熱涂層的發(fā)動機燃燒 室10發(fā)，同時進行地面點火試驗，試驗結(jié)果有隔熱涂層的發(fā)動機燃燒室點火工作后無一 發(fā)損壞。而沒有隔熱涂層的6發(fā)產(chǎn)生燃燒室爆裂、4發(fā)燃燒室產(chǎn)生較大凸包，經(jīng)試驗驗證航 空炸彈助推火箭發(fā)動機的燃燒室制備涂層之后，燃燒室工作可靠。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫高壓隔熱涂料，其特征在于一種耐高溫高壓隔熱涂料按質(zhì)量百分比由 20% 30%熱固性酚醛樹脂、40% 50%綠色碳化硅粉和20% 40%白色鋼玉粉組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫高壓隔熱涂料，其特征在于所述的綠色碳化硅粉 的細(xì)度為380 460目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種耐高溫高壓隔熱涂料，其特征在于所述的白色鋼玉 粉的細(xì)度為觀0 500目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫高壓隔熱涂料，其特征在于一種耐高溫高壓隔 熱涂料按質(zhì)量百分比由22 % 觀％的熱固性酚醛樹脂、42 % 48 %的綠色碳化硅粉和 25% 35%的白色鋼玉粉組成。
5.利用如權(quán)利要求1所述的一種耐高溫高壓隔熱涂料制備涂層的方法，其特征在于制 備涂層的方法按以下步驟進行一、將支座⑴固定在滾架⑵上，滾輪(3)由支座⑴支 撐并通過傳動軸G)、皮帶傳動機構(gòu)( 與滾輪電機(6)相連，待噴涂的發(fā)動機燃燒室(13) 放置在滾輪C3)上；二、將導(dǎo)軌(7)固定在導(dǎo)軌架(8)上，將噴槍(9)固定在沿導(dǎo)軌(7)移 動的滑車(10)上，并且使噴槍(9)的軸線與發(fā)動機燃燒室(13)的軸線重合；噴槍(9)通 過軟管(11)與貯料罐(1 相連；三、將權(quán)利要求1所述的耐高溫高壓隔熱涂料加入到貯 料罐(1 中；四、啟動滾輪電機(6)，使?jié)L輪C3)轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)動機燃燒室(1 按80轉(zhuǎn) /分鐘 220轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速繞其軸線旋轉(zhuǎn)；五、啟動滑車電機(14)，經(jīng)變速箱(1 變速 后，使滑車(10)沿導(dǎo)軌(7)帶動噴槍(9)以0. 8m/min 1. 5m/min的速度向發(fā)動機燃燒室 (13)移動，當(dāng)噴槍嘴(16)到達發(fā)動機燃燒室(13)的右端時，啟動噴槍噴涂，噴槍嘴(16)處 的壓力為0. IMI^a 0. 15Mpa，當(dāng)噴槍的噴嘴(16)到達發(fā)動機燃燒室(13)的左端時，滑車 (10)反向運動，反復(fù)噴涂使涂層的厚度達到0. 5mm 0. 8mm ；六、將噴涂好的發(fā)動機燃燒室 放置到烘干箱中固化，并按每0. 8°C /min 1. 3°C /min的速度升溫至100°C 110°C保持 30min 50min，然后自然冷卻至室溫，即得到耐高溫高壓隔熱涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備涂層的方法，其特征在于步驟四中發(fā)動機燃燒室(13)以 轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘 200轉(zhuǎn)/分鐘繞其軸線旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制備涂層的方法，其特征在于步驟五中噴槍(9)以Im/ min 1. 2m/min的線速度向發(fā)動機燃燒室(13)移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備涂層的方法，其特征在于步驟五中噴槍嘴(16)處的壓力 為 0.IlMPa 0. 14Mpa。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、6或8所述的制備涂層的方法，其特征在于步驟五中涂層的厚度為 0. 55mm 0. 75mm0
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備涂層的方法，其特征在于步驟六中將噴涂好的發(fā)動機 燃燒室(13)放在烘干箱中，按0. 90C /min 1. 2V /min的速度升溫至101°C 109°C保持 35min 45min，然后自然冷卻至室溫。
全文摘要
一種耐高溫高壓隔熱涂料及其制備涂層的方法，它涉及隔熱涂料及制備涂層的方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的隔熱涂料耐熱溫度低、在高速燃?xì)饬鞯臎_刷下易脫落、涂層制備工藝復(fù)雜，不能滿足燃?xì)鉁囟取?000℃、燃?xì)鈮毫Α?5MPa的航空炸彈助推火箭發(fā)動機應(yīng)用要求的問題。本產(chǎn)品由熱固性酚醛樹脂、綠碳化硅粉和白色鋼玉粉組成。方法待噴涂的發(fā)動機燃燒室由滾輪帶動繞其軸線旋轉(zhuǎn)；噴槍管由沿導(dǎo)軌移動的滑車帶動從燃燒室的右端移動到左端，同時進行噴涂，然后經(jīng)固化得到均勻涂層。涂層導(dǎo)熱系數(shù)為0.006～0.007W/m·K，耐熱溫度≥3000℃，耐燃?xì)鈮毫?5～30Mpa，涂層的制備簡單，可用于航空炸彈助推火箭發(fā)動機。
文檔編號C04B35/66GK102126863SQ20101003247
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者劉甲臣, 賈連穎, 鄭興民 申請人:哈爾濱建成集團有限公司