[發明專利]一種焰流燒蝕實驗背溫微區成像涂料、制備及使用方法

在審

• 申請號: 202310243635.3
• 申請日: 2023-03-15
• 公開（公告）號: CN116285575A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 趙路;李茂源;崔光;盧林;王施達;曹淑波
• 申請（專利權）人: 北京機電工程總體設計部
• 主分類號: C09D163/00
• 分類號: C09D163/00;C09D7/61;B05D7/24;B05D3/00;B05D3/02;B05D5/00
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 孔曉芳

本發明公開了一種焰流燒蝕實驗背溫微區成像涂料、制備及使用方法，包括：100質量份環氧樹脂、10?20質量份環氧樹脂偶聯劑、5?40質量份稀土感溫粉末；將溫度成像涂料各組分混合后攪拌均勻；經涂覆、烘干和固化工序形成背溫微區成像涂料。溫度成像方法為使用980nm面光源照射，并監測涂覆面發光，根據鉺離子supgt;2/supgt;Hsubgt;11/2/subgt;和supgt;4/supgt;Ssubgt;3/2/subgt;兩個能級向基態supgt;4/supgt;Isubgt;15/2/subgt;躍遷發光(典型發光峰分別為521nm和539nm)的熒光強度比來表征溫度，溫度分辨率可達毫米級別。本發明適用于焰流燒蝕考核、石英燈高溫輻射考核等高溫考核方式，可滿足對樣品背面進行微區溫度成像的要求。

技術領域

本發明涉及一種焰流燒蝕實驗背溫微區成像涂料制備及使用方法，特別是一種適用于需要進行高分辨率表面溫度成像的應用領域。

背景技術

焰流燒蝕或輻射燒蝕是碳/碳、碳/陶復合材料領域重要的耐熱、耐燒蝕考核試驗方法，已廣泛用于飛行器氣動熱防護材料、發動機噴管材料的研究工作中。目前常用的高溫燒蝕考核方案主要包擴超音速火焰沖刷燒蝕、氧乙炔火焰燒蝕、風洞燒蝕等。碳/碳、碳/陶復合材料在燒蝕過程中，其燒蝕面產生達2000攝氏度以上高溫，且熱量向材料內部傳導，因此，材料背溫對材料熱疏導能力有著極為重要的表征意義。在實際試驗中，可通過在燒蝕樣件背部添加溫度傳感熱電偶用來監測背溫，然而，這種監測方式只能監測某一點的溫度，無法對材料背面的溫度梯度進行成像，不利于研究材料背部的溫度分布。

三價稀土離子的發光可用于表征溫度。三價稀土離子的能級非常豐富，可利用共振躍遷激發光將三價稀土離子從基態能級激發到能級間隔200～2000cm^-1的兩個相鄰激發態能級，稀土離子在這兩個相鄰熱耦合能級的分布將迅速達到玻爾茲曼平衡并向低能級躍遷發光。由于玻爾茲曼平衡僅與溫度相關，所以兩個熱耦合能級的躍遷發光也僅與溫度相關，這兩個熱耦合能級的熒光強度比可用來表征溫度。

發明內容

本發明目的在于提供一種焰流燒蝕實驗背溫微區成像涂料、制備及使用方法，解決現有燒蝕試驗樣件背溫測溫點少、且難以形成溫度圖像的缺點，精確表征樣品表面溫度。

第一方面，提供一種溫度成像涂料，組分配比為：100質量份環氧樹脂、10-20質量份環氧樹脂偶聯劑、5-40質量份鉺鐿共摻氧化釓粉末；

涂料溫度成像的原理為：經涂覆、烘干和固化后，采用使用980nm面光源照射，根據鉺離子²H_11/2和⁴S_3/2兩個能級作為熱耦合能級向基態⁴I_15/2躍遷發光的熒光強度比來表征涂敷面溫度。

進一步的，所述鉺鐿共摻氧化釓粉末的化學式為Er_xYb_yGd_1-x-y)₂O₃，原子數x分布在0.001-0.1，y的值分布在0.001-0.5。

進一步的，所述溫度成像涂料的配比，包括：100質量份環氧樹脂、10質量份環氧樹脂偶聯劑、5質量份Er_0.01Yb_0.1Gd_0.89)₂O₃粉末；或者，包括：100質量份環氧樹脂、15質量份環氧樹脂偶聯劑、20質量份Er_0.02Yb_0.08Gd_0.9)₂O₃粉末；或者包括：100質量份環氧樹脂、20質量份環氧樹脂偶聯劑、40質量份Er_0.01Yb_0.1Gd_0.89)₂O₃粉末；