[發明專利]一種高發射率玻璃釉料以及由該釉料制備高發射率涂層的方法

有效

• 申請號: 201510632090.0
• 申請日: 2015-09-30
• 公開（公告）號: CN105502946B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 魯勝;張凡;劉斌;蘇力軍;李文靜;趙英民
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C03C8/14
• 分類號: C03C8/14;C04B41/86
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙)11387
• 代理人: 劉春成

技術領域

本發明屬于功能復合材料技術領域，具體涉及釉料涂層材料和在基體上尤其是在陶瓷纖維剛性隔熱瓦上制備釉料涂層的方法。

背景技術

使用輕質剛性陶瓷隔熱瓦作為飛行器的熱防護材料時，一般會在輕質多孔的隔熱瓦外表面復合一層高發射率涂層。高發射率涂層可以將飛行過程中產生的氣動熱的絕大部分輻射回背景空間。此外該涂層還起到表面增強、抗沖刷和防水的作用。

美國專利4093771號揭示了一種高反應活性的反應固化玻璃粉(Reaction Cured Glass,RCG)及以RCG為原料的玻璃涂層的制備方法。這種玻璃釉料適合于作為輕質陶瓷瓦洛克希德隔熱材料(Lockheed Insulation,LI，美國專利3952083號)的表面涂層使用。典型的RCG涂層配方由97.5質量％的高活性反應固化玻璃粉與2.5質量％四硼化硅助熔劑組成，燒結溫度為1150℃，燒結時間為1.5小時。然而，RCG玻璃涂層抗沖擊性能差，長時間使用溫度不超過1260℃。

美國專利5079082號公布了一種強韌化的單片的纖維隔熱材料(Toughened Uni-piece Fibrous Insulation,TUFI)的制備方法。該專利在RCG玻璃涂層的基礎上增加了四硼化硅粉作為涂層燒結助劑。通過減小涂層漿料中顆粒的粒徑，使得噴涂涂層漿料時涂層物質更多地滲入到纖維基體中，從而形成梯度的纖維增強復合材料。典型的TUFI涂層配方為77.5質量％RCG玻璃粉、2.5質量％四硼化硅燒結助劑和20質量％二硅化鉬高發射率物質。燒結溫度為1220℃，燒結時間為90分鐘。TUFI涂層比RCG玻璃涂層抗沖擊性能大幅度提高，目前作為航天飛機隔熱瓦和X-37、X-43、X-51等飛行器隔熱瓦表面涂層的主要方案廣泛使用。TUFI涂層的長期使用溫度不超過2600℉(1425℃)，尚不能滿足飛行器的端頭帽、翼前緣等極端高溫區域的隔熱需求。TUFI涂層與各種牌號的剛性隔熱瓦基體都能很好地匹配復合。典型的剛性隔熱瓦基體包括LI-900及LI-2200(美國專利3952083號)、FRCI(美國專利4148962號)、HTP(R.P.Banas等,Thermophysical and Mechanical Properties of the HTP Family of Rigid Ceramic Insulation Materials,AIAA-85-1055)、AETB(D.B.Leiser et.,al.,Options for Improving Rigidized Ceramic Heatshie

lds,Ceramic Engineering and Science Proceedings,6,No.7-8,pp.757-768,1985)以及BRI(美國專利6716782B2號)。

美國專利7767305B1公布了一種高效鉭基陶瓷材料(High Efficiency Tantalum-based Ceramics,HETC)的制備方法。典型的HETC涂層配方為35質量％TaSi2,20質量％MoSi2,2.5質量％SiB6和52.5質量％RCG玻璃粉。燒結溫度為1220℃，燒結時間90分鐘。HETC涂層配方中TaSi₂、MoSi₂及RCG玻璃粉的相對比例可以根據剛性隔熱瓦基體的線膨脹系數、發射率指標要求和耐溫性指標要求優化設計。HETC涂層不僅適用于上述氧化物陶瓷纖維剛性隔熱瓦，也適用于碳纖維基體的剛性隔熱瓦。

我國從上世紀80年代開始，開展了剛性陶瓷隔熱瓦纖維基體的研制工作。山東工業陶瓷研究設計院(中國專利公開號CN101691138A)公布了一種航天飛機隔熱瓦的制備方法。這種航天飛機隔熱瓦由50質量％至95質量％的石英纖維、5質量％至50質量％的氧化鋁纖維以及0至5質量％的氮化硼粉末燒結劑組成。該專利公布的隔熱瓦涂層配方中含有大量堿金屬與堿土金屬離子，高溫下涂層粘度顯著降低，限制了隔熱瓦的使用溫度。航天材料及工藝研究所(中國專利公開號CN 102199042A)公布了一種輕質剛性陶瓷隔熱瓦的組成及其制備方法。該種剛性陶瓷隔熱瓦由50質量％至100質量％的石英纖維和0質量％至50質量％的莫來石纖維組成，添加陶瓷纖維質量0.01至15質量％的氮化硼粉末燒結劑，同時添加陶瓷纖維質量0至20質量％的碳化硅粉末作為抗紅外輻射劑。