[發明專利]陶瓷基復合材料用耐高溫、抗水氧低紅外發射率復合薄膜及制備方法

有效

• 申請號: 202110565962.1
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113403594B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 范曉孟;李鑫;羅豪杰;劉永勝;葉昉;薛繼梅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/14
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種陶瓷基復合材料用耐高溫、抗水氧低紅外發射率復合薄膜及制備方法，陶瓷基復合材料用耐高溫、抗水氧低紅外發射率復合薄膜，為單層復相結構，使用時覆于目標物體表面即可。所述薄膜為連續成膜的高溫導電復合薄膜，主要組分含兩種，以高導電金屬材料作為低紅外發射率組分，以陶瓷基復合材料用環境屏障涂層材料作為保護組分。經工藝優選后，該復合薄膜可實現1000℃高溫空氣環境下使用2h后，2?22μm的發射率小于0.1，兼具低發射率、耐高溫、抗水氧等優異性能，且其制備工藝簡單，操作簡易。

技術領域

本發明屬于紅外隱身領域，涉及一種陶瓷基復合材料用耐高溫、抗水氧低紅外發射率復合薄膜及制備方法。

背景技術

隨著航空工業的不斷發展，軍用航空燃氣渦輪發動機的相關技術要求不斷提高，陶瓷基復合材料因具有耐高溫、低密度、抗氧化、高比強等性能優勢，成為下一代高推重比航空燃氣渦輪發動機熱端部件(尾噴管等)的關鍵材料。隨著現代軍事探測技術的飛速發展，現代化戰爭中戰機的生存受到了極大地挑戰，隱身技術已經成為軍事技術領域的重要研究方向，紅外隱身在隱身技術中占據著十分重要的地位，因此實現陶瓷基復合材料的紅外隱身至關重要。

紅外隱身是通過降低目標對外輻射紅外線的強度使其低于紅外探測器的靈敏度，降低目標被紅外探測器探測到的概率。根據斯蒂芬-玻爾茲曼定律：目標的紅外輻射強度M＝εσT⁴(ε為紅外發射率，σ為波爾茲曼常數，T為目標的表面溫度)。可見，影響物體紅外輻射能量的主要因素是物體的表面溫度和紅外發射率，所以實現紅外隱身主要有兩種技術途徑：一是降低目標的表面紅外發射率，二是控制目標的表面溫度。

除此之外，燃氣渦輪發動機熱端部件工作時需要面對高溫、水氧、熱腐蝕等惡劣環境條件，使用溫度常常超過1000℃。陶瓷基復合材料在應用時還要抵抗復雜環境的侵蝕，因此提高陶瓷基復合材料的耐高溫、抗水氧腐蝕等耐環境性能也極其重要。

在軍事裝備領域，目前主流的紅外隱身材料包括低紅外發射率涂層和薄膜。低紅外發射率涂層主要是依靠金屬填料優異的導電性實現低紅外發射率，但是燃氣渦輪發動機熱端部件工作時需要面對高溫、水氧等惡劣環境條件，在這種環境下，金屬材料容易氧化，電導率下降，失去了紅外隱身的作用。專利CN 108913018 B公布一種耐高溫紅外低發射率涂料及其制備方法，使用鋁/鎳(Al/Ni)核殼顏料作為低發射率填料，該涂料兼具一定的耐溫性，其最高使用溫度不超過500℃。此外，低紅外發射率薄膜主要分為金屬薄膜和半導體薄膜。相應地，金屬薄膜也很難滿足高溫應用的需求，而新型耐高溫低發射率半導體氧化物及陶瓷材料包括摻錫氧化銦(ITO)和摻鋁氧化鋅(ZAO)等，在室溫環境下可獲得較低的發射率，但是在復雜高溫環境下存在物質間擴散和材料性能不穩定等缺陷，難以穩定使用。專利CN 111321382 A公布了一種耐高溫、抗氧化紅外低發射率復合薄膜及其制備方法，使用高溫導電陶瓷薄膜作為低發射率功能層，該薄膜兼具一定的耐溫性，其最高使用溫度不超過750℃。

類似以上，針對高溫環境使用的低紅外發射率材料，已經進行了大量的研究，但是截至目前，在已報到的研究成果中，可以在超過1000℃的環境中穩定使用的材料仍屈指可數。因此，對于航空燃氣渦輪發動機熱端部件用的陶瓷基復合材料，迫切需求一種能夠在復雜高溫環境下穩定工作，且具有低紅外發射率的材料來滿足航空航天飛行器的性能需求。設計具有使用溫度高、性能穩定的陶瓷基復合材料用耐高溫、抗水氧低紅外發射率涂層/薄膜將具有重要意義。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種陶瓷基復合材料用耐高溫、抗水氧低紅外發射率復合薄膜及制備方法。針對現有材料在惡劣工作環境下面臨的種種問題，為彌補現有技術不足之處，本發明的復合薄膜可在1000℃以上高溫、水氧環境中使用，兼具低紅外發射率和耐高溫、抗水氧的特性，且結構簡單、易于制備。

技術方案