一種剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及陶瓷隔熱瓦表面涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002]臨近空間高超聲速飛行器需要在有氧和高溫環境下飛行數千秒，相比于穿越近空間區域的高速飛行器(僅幾十秒)，其在氧化和高溫環境下服役時間特別長(大兩個數量級)。大氣對飛行器的阻尼功的一部分最終表現為傳向飛行器表面的氣動加熱，從而導致表面溫度的急劇升高。長時間的氣動加熱使得頭部和翼緣部分的表面溫度超過2000°C，同時為保持高的升阻比和良好的氣動外形，這些部位外表面不允許產生明顯燒蝕。此外，隨著飛行器的飛行速度向更高馬赫數邁進，給飛行器表面熱防護提出了更為嚴苛的要求。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提供了一條新的途徑。陶瓷隔熱瓦是美國最早在航天飛機迎風面使用的熱防護材料，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。經高溫燒結后，纖維之間相互“搭接”形成多孔結構(孔率80-95%)，賦予陶瓷隔熱瓦良好的隔熱性能和力學性能。與陶瓷隔熱瓦相匹配的高輻射涂層技術也取得了明顯進步。由于高摩擦、高溫、易氧化等特殊的使用環境，這類涂層多數由耐高溫的陶瓷相材料組成，對少數含有有機成分的涂層，則一般應用在溫度相對較低的尾翼內側和上表面處。根據制備工藝的不同，在陶瓷纖維隔熱瓦表面制備保護涂層的主要方法有噴涂法、刷涂法和化學氣相沉積法等。RCG(React1n Cured Glass)是美國最早在哥倫比亞號航天飛機表面隔熱瓦上使用的一種剛性陶瓷表面高發射率涂層，發射率在0.9-0.93之間。涂層具有耐熱沖擊，熱膨脹系數低，防水，化學穩定性好等特點，最高可在1100°C下使用，高溫下可保持良好的力學性能。但是，由于有機粘合劑甲基纖維素的存在，燒結后容易在涂層中形成揮發不均勻的現象，導致涂層變脆。TUFI (ToughenedUnipiece Fibrous Insulat1n)涂層是在第二代剛性隔熱瓦耐火纖維復合材料FRCI絕熱瓦和氧化鋁增強陶瓷瓦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固化涂層RCG提高幾倍，并且具有良好的耐久性。

【發明內容】

[0003]本發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低的技術問題，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，按質量份數原料粉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，按質量份數原料粉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，按質量份數原料粉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、粘結劑、燒結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 ;按質量份數原料粉I為100份、粘結劑為I?5份、燒結劑為0.5?I份、分散劑為150?300份；
[0009]將步驟一得到的原料粉2、粘結劑、燒結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 ;按質量份數原料粉2為100份、粘結劑為I?5份、燒結劑為0.5?I份、分散劑為150?250份；
[0010]將步驟一得到的原料粉3、粘結劑、燒結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 ;按質量份數原料粉3為100份、粘結劑為I?5份、燒結劑為0.5?I份、分散劑為150?250份；
[0011]其中粘結劑為正硅酸乙酯，燒結劑為碳化硼；
[0012]三、將陶瓷隔熱瓦表面進行前處理，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；再噴涂混合料2，噴涂至少三層；再噴涂混合料3，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，進行干燥，然后放入馬弗爐中，進行涂層燒結，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分析純，質量純度為99%。
[0015]本發明通過優化涂層配方和控制涂層燒結溫度，在多孔陶瓷瓦表面構建與基底材料具有相近熱膨脹系數的復合陶瓷涂層，該功能涂層能夠滿足高超聲速飛行器再入時嚴苛的工況條件，具備把氣動熱向外輻射的能力。
[0016]本發明的有益效果是:采用本發明制備的涂層微觀結構具有漸變的梯度特征，多孔基體側的涂層呈多孔狀，表面涂層呈光滑致密狀。多孔過渡層的存在能夠協調涂層與基體的膨脹不匹配特性。本發明涂層具有較低的熱膨脹系數0.8?3.0X 10-?-1,涂層中的高輻射劑發揮高輻射的作用，制備態涂層的輻射系數不小于0.90。根據基體狀態和工況條件的實驗需要，調節三種混合料漿的配比，獲得與基體匹配的最優涂層。
[0017]本發明用于制備剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例一?四制備的剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層的熱膨脹系數曲線圖，其中I代表陶瓷瓦未處理表面、2代表實施例一、3代表實施例二、4代表實施例三、5代表實施例四；
[0019]圖2為實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為實施例二制備的剛性陶瓷隔熱瓦表面涂層在不同熱震循環后的輻射系數曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0022]【具體實施方式】一:本實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，按質量份數原料粉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，按質量份數原料粉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，按質量份數原料粉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、粘結劑、燒結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 ;按質量份數原料粉I為100份、粘結劑為I?5份、燒結劑為0.5?I份、分散劑為150?300份；
[0027]將步驟一得到的原料粉2、粘結劑、燒結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 ;按質量份數原料粉2為100份、粘結劑為I?5份、燒結劑為0.5?I份、分散劑為150?250份；
[0028]將步驟一得到的原料粉3、粘結劑、燒結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 ;按質量份數原料粉3為100份、粘結劑為I?5份、燒結劑為0.5?I份、分散劑為150?250份；
[0029]其中粘結劑為正硅酸乙酯，燒結劑為碳化硼；
[0030]三、將陶瓷隔熱瓦表面進行前處理，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；再噴涂混合料2，噴涂至少三層；再噴涂混合料3，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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