[發明專利]一種HfO2

有效

• 申請號: 202010529498.6
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111748760B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 曾鮮;佟旭;張毅;王浩宇;楊化雨
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;李艷景

本發明公開了一種HfO₂/HfB₂復合高紅外發射率陶瓷涂層及其制備方法。以HfO₂和B₄C為原料，加去離子水與粘結劑研磨混合，然后噴霧造粒、篩分得HfO₂/B₄C復合團聚粉末；利用大氣等離子噴涂工藝，將復合團聚粉末直接噴涂到待噴涂件表面，大氣等離子噴涂工藝中，離子氣的輔助氣體含有H₂，噴涂過程中，原料與H₂反應生成HfB₂、CO₂和水蒸氣，氣體溢出，即得HfO₂/HfB₂復合高紅外發射率陶瓷涂層。該陶瓷涂層制備工藝簡單，可在噴涂過程中直接得到，無需另外添加還原劑，無需高溫焙燒過程，合成時間短，能耗低，所得陶瓷涂層純度高，紅外發射率高，滿足～2000℃超高溫真空環境下應用。

技術領域

本發明屬于紅外熱輻射涂層技術領域，具體涉及一種HfO₂/HfB₂復合高紅外發射率陶瓷涂層及其制備方法。

背景技術

火箭發動機是航天飛行器的核心動力裝置。發動機在向高推重比和高比沖發展的過程中，其推力室溫度也在不斷提高。據報道，目前最先進的Re-Ir火箭發動機其推力室溫度超過 2000℃。為保證發動機的穩定性，防止推力室過熱甚至燒損，就需要提升其散熱性能。常用的發動機的冷卻方式有液膜冷卻和輻射冷卻兩種，但冷卻液膜的低效燃燒會嚴重影響發動機的性能，降低其比沖。熱輻射是太空中唯一的熱傳遞方式。大力發展輻射散熱對提高發動機性能和保障其穩定性有著重要意義。然而，傳統的紅外熱輻射涂層材料難以滿足如此高的服役溫度條件，如Ni-Cr尖晶石涂層超過1600℃會發生金屬元素升華揮發現象，從而導致涂層失效。HfO₂熔點為2758℃，是一種經典的耐高溫氧化物，其線膨脹系數與火箭發動機推力室高溫合金Re、Ir等材料接近，且高溫下相變體積變化小，具有良好的熱匹配性，十分適合作為耐高溫高發射率涂層的骨架材料。但HfO₂具有寬禁帶，近紅外波段發射率較低，需要改性提高。HfB₂熔點為3380℃，具有優良的熱化學穩定性，在2200℃以下有一定的抗氧化性能，并擁有良好抗熱震性能，能在高溫下保持很高的強度，且在近紅外波段有較好的紅外輻射性能，被廣泛應用于耐磨涂層、耐火材料、航空航天熱保護等領域，故考慮將其作為摻雜劑以增強HfO₂的紅外熱輻射性能，但是HfB₂本身價格昂貴，其制備過程復雜，成本高，且易混入難以去除的雜質，限制了其與HfO₂的復合應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種HfO₂/HfB₂復合高紅外發射率陶瓷涂層及其制備方法。該陶瓷涂層制備工藝簡單，可在噴涂過程中直接得到陶瓷涂層，無需另外添加還原劑，無需高溫焙燒過程，合成時間短，能耗低，所得陶瓷涂層純度高，抗氧化性好、熱穩定性高、紅外發射率高，滿足～2000℃超高溫真空環境下應用。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

提供一種HfO₂/HfB₂復合高紅外發射率陶瓷涂層，以HfO₂為基相，HfB₂為復合相；通過以HfO₂和B₄C為原料，在大氣等離子噴涂工藝過程中進行原位反應制備得到，其中大氣等離子噴涂工藝離子氣的輔助氣體中含有H₂。

按上述方案，所述陶瓷涂層厚度為15～60μm。

按上述方案，按質量百分比計，HfO₂占HfO₂和B₄C總質量的85～98％，B₄C占HfO₂和B₄C總質量的2％～15％。