一種剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷隔熱瓦表面涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]臨近空間高超聲速飛行器需要在有氧和高溫環(huán)境下飛行數(shù)千秒，相比于穿越近空間區(qū)域的高速飛行器(僅幾十秒)，其在氧化和高溫環(huán)境下服役時(shí)間特別長(zhǎng)(大兩個(gè)數(shù)量級(jí))。大氣對(duì)飛行器的阻尼功的一部分最終表現(xiàn)為傳向飛行器表面的氣動(dòng)加熱，從而導(dǎo)致表面溫度的急劇升高。長(zhǎng)時(shí)間的氣動(dòng)加熱使得頭部和翼緣部分的表面溫度超過(guò)2000°C，同時(shí)為保持高的升阻比和良好的氣動(dòng)外形，這些部位外表面不允許產(chǎn)生明顯燒蝕。此外，隨著飛行器的飛行速度向更高馬赫數(shù)邁進(jìn)，給飛行器表面熱防護(hù)提出了更為嚴(yán)苛的要求。由于高輻射率涂層可以大幅提高跨大氣層飛行器表面向外輻射熱量的能力，能夠以散熱的方式降低飛行器表面溫度，因此為解決跨大氣層飛行器表面熱防護(hù)提供了一條新的途徑。陶瓷隔熱瓦是美國(guó)最早在航天飛機(jī)迎風(fēng)面使用的熱防護(hù)材料，是一種纖維型剛性隔熱材料，其主要成分為石英纖維、硼硅酸鋁纖維或氧化鋁纖維。經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后，纖維之間相互“搭接”形成多孔結(jié)構(gòu)(孔率80-95%)，賦予陶瓷隔熱瓦良好的隔熱性能和力學(xué)性能。與陶瓷隔熱瓦相匹配的高輻射涂層技術(shù)也取得了明顯進(jìn)步。由于高摩擦、高溫、易氧化等特殊的使用環(huán)境，這類(lèi)涂層多數(shù)由耐高溫的陶瓷相材料組成，對(duì)少數(shù)含有有機(jī)成分的涂層，則一般應(yīng)用在溫度相對(duì)較低的尾翼內(nèi)側(cè)和上表面處。根據(jù)制備工藝的不同，在陶瓷纖維隔熱瓦表面制備保護(hù)涂層的主要方法有噴涂法、刷涂法和化學(xué)氣相沉積法等。RCG(React1n Cured Glass)是美國(guó)最早在哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)表面隔熱瓦上使用的一種剛性陶瓷表面高發(fā)射率涂層，發(fā)射率在0.9-0.93之間。涂層具有耐熱沖擊，熱膨脹系數(shù)低，防水，化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，最高可在1100°C下使用，高溫下可保持良好的力學(xué)性能。但是，由于有機(jī)粘合劑甲基纖維素的存在，燒結(jié)后容易在涂層中形成揮發(fā)不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致涂層變脆。TUFI (ToughenedUnipiece Fibrous Insulat1n)涂層是在第二代剛性隔熱瓦耐火纖維復(fù)合材料FRCI絕熱瓦和氧化鋁增強(qiáng)陶瓷瓦AETB上涂裝的。用空氣噴涂法將玻璃粘接劑和高輻射劑合物涂至多孔襯底上，提高了瓦頂致密度，其抵抗破壞能力比反應(yīng)固化涂層RCG提高幾倍，并且具有良好的耐久性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決剛性多孔陶瓷隔熱瓦易吸水，抗氧化性和熱輻射系數(shù)低的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層的制備方法。
[0004]一種剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0005]一、將硼硅玻璃粉和熔融S12粉均勻混合，得到原料粉1，按質(zhì)量份數(shù)原料粉I中硼硅玻璃粉40?60份、熔融S12粉為40?60份；
[0006]將硼硅玻璃粉、熔融S12粉、MoSi 2粉和SiB 4粉均勻混合，得到原料粉2，按質(zhì)量份數(shù)原料粉2中硼硅玻璃粉為30?40份、熔融S12粉為30?40份、MoSi 2粉為10?20份、SiB4粉為10?20份；
[0007]將硼硅玻璃粉、熔融S12粉、MoSi 2粉、SiB 4粉和ZrB 2粉均勻混合，得到原料粉3，按質(zhì)量份數(shù)原料粉3中硼硅玻璃粉為20?30份、熔融S12粉為20?30份、MoSi 2粉為10?20份、SiB4粉為10?20份、ZrB 2粉為10?15份；
[0008]二、將步驟一得到的原料粉1、粘結(jié)劑、燒結(jié)劑和分散劑均勻混合后放入球磨罐中，球磨10?30min，得到混合料I ;按質(zhì)量份數(shù)原料粉I為100份、粘結(jié)劑為I?5份、燒結(jié)劑為0.5?I份、分散劑為150?300份；
[0009]將步驟一得到的原料粉2、粘結(jié)劑、燒結(jié)劑和分散劑均勻混合后放入球磨罐中，球磨10?30min，得到混合料2 ;按質(zhì)量份數(shù)原料粉2為100份、粘結(jié)劑為I?5份、燒結(jié)劑為0.5?I份、分散劑為150?250份；
[0010]將步驟一得到的原料粉3、粘結(jié)劑、燒結(jié)劑和分散劑均勻混合后放入球磨罐中，球磨10?30min，得到混合料3 ;按質(zhì)量份數(shù)原料粉3為100份、粘結(jié)劑為I?5份、燒結(jié)劑為0.5?I份、分散劑為150?250份；
[0011]其中粘結(jié)劑為正硅酸乙酯，燒結(jié)劑為碳化硼；
[0012]三、將陶瓷隔熱瓦表面進(jìn)行前處理，然后采用空氣噴涂法將步驟二得到的混合料I均勻噴涂在陶瓷隔熱瓦表面，噴涂三?四層；再?lài)娡炕旌狭?，噴涂至少三層；再?lài)娡炕旌狭?，噴涂至少三層，在陶瓷隔熱瓦表面獲得均勻平整的涂層；
[0013]四、將步驟三處理的陶瓷隔熱瓦放入恒溫恒濕箱中，進(jìn)行干燥，然后放入馬弗爐中，進(jìn)行涂層燒結(jié)，再隨爐冷卻，獲得剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層。
[0014]所述正硅酸乙酯和碳化硼為化學(xué)分析純，質(zhì)量純度為99%。
[0015]本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化涂層配方和控制涂層燒結(jié)溫度，在多孔陶瓷瓦表面構(gòu)建與基底材料具有相近熱膨脹系數(shù)的復(fù)合陶瓷涂層，該功能涂層能夠滿(mǎn)足高超聲速飛行器再入時(shí)嚴(yán)苛的工況條件，具備把氣動(dòng)熱向外輻射的能力。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:采用本發(fā)明制備的涂層微觀結(jié)構(gòu)具有漸變的梯度特征，多孔基體側(cè)的涂層呈多孔狀，表面涂層呈光滑致密狀。多孔過(guò)渡層的存在能夠協(xié)調(diào)涂層與基體的膨脹不匹配特性。本發(fā)明涂層具有較低的熱膨脹系數(shù)0.8?3.0X 10-?-1,涂層中的高輻射劑發(fā)揮高輻射的作用，制備態(tài)涂層的輻射系數(shù)不小于0.90。根據(jù)基體狀態(tài)和工況條件的實(shí)驗(yàn)需要，調(diào)節(jié)三種混合料漿的配比，獲得與基體匹配的最優(yōu)涂層。
[0017]本發(fā)明用于制備剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為實(shí)施例一?四制備的剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層的熱膨脹系數(shù)曲線(xiàn)圖，其中I代表陶瓷瓦未處理表面、2代表實(shí)施例一、3代表實(shí)施例二、4代表實(shí)施例三、5代表實(shí)施例四；
[0019]圖2為實(shí)施例一制備的剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層的截面電子掃描圖；
[0020]圖3為實(shí)施例二制備的剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層在不同熱震循環(huán)后的輻射系數(shù)曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0022]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0023]一、將硼硅玻璃粉和熔融S12粉均勻混合，得到原料粉1，按質(zhì)量份數(shù)原料粉I中硼硅玻璃粉40?60份、熔融S12粉為40?60份；
[0024]將硼硅玻璃粉、熔融S12粉、MoSi 2粉和SiB 4粉均勻混合，得到原料粉2，按質(zhì)量份數(shù)原料粉2中硼硅玻璃粉為30?40份、熔融S12粉為30?40份、MoSi 2粉為10?20份、SiB4粉為10?20份；
[0025]將硼硅玻璃粉、熔融S12粉、MoSi 2粉、SiB 4粉和ZrB 2粉均勻混合，得到原料粉3，按質(zhì)量份數(shù)原料粉3中硼硅玻璃粉為20?30份、熔融S12粉為20?30份、MoSi 2粉為10?20份、SiB4粉為10?20份、ZrB 2粉為10?15份；
[0026]二、將步驟一得到的原料粉1、粘結(jié)劑、燒結(jié)劑和分散劑均勻混合后放入球磨罐中，球磨10?30min，得到混合料I ;按質(zhì)量份數(shù)原料粉I為100份、粘結(jié)劑為I?5份、燒結(jié)劑為0.5?I份、分散劑為150?300份；
[0027]將步驟一得到的原料粉2、粘結(jié)劑、燒結(jié)劑和分散劑均勻混合后放入球磨罐中，球磨10?30min，得到混合料2 ;按質(zhì)量份數(shù)原料粉2為100份、粘結(jié)劑為I?5份、燒結(jié)劑為0.5?I份、分散劑為150?250份；
[0028]將步驟一得到的原料粉3、粘結(jié)劑、燒結(jié)劑和分散劑均勻混合后放入球磨罐中，球磨10?30min，得到混合料3 ;按質(zhì)量份數(shù)原料粉3為100份、粘結(jié)劑為I?5份、燒結(jié)劑為0.5?I份、分散劑為150?250份；
[0029]其中粘結(jié)劑為正硅酸乙酯，燒結(jié)劑為碳化硼；
[0030]三、將陶瓷隔熱瓦表面進(jìn)行前處理，然后采用空氣噴涂法將步驟二得到的混合料I均勻噴涂在陶瓷隔熱瓦表面，噴涂三?四層；再?lài)娡炕旌狭?，噴涂至少三層；再?lài)娡炕旌狭?，噴涂至少三層，在陶瓷隔熱瓦表面獲得均勻平整的涂層；
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