专利名称：一种耐高温高压隔热涂料及其制备涂层的方法
技术领域：
本发明涉及隔热涂料及其制备涂层的方法。
背景技术：
隔热涂料是指高熔点、低热导率的氧化物无机涂料，用于阻止高温、高压燃气热 量入侵，以提高基本金属部件的使用温度和耐热强度，航空炸弹助推火箭发动机工作时要 在0. 3s 0. 5s的时间内产生8X IO4N 1X10%的推力，此时发动机燃烧室内的燃气温 度高达300(TC，燃气压力达25MI^若与发动机燃烧室壁直接接触，燃气的大量热量传给燃 烧室内壁，室壁受热后，燃烧室壁内产生一定的温度梯度，燃烧室内表面温度升高，材料膨 胀较大，外表面温度较低，膨胀较小，这就使内壁层膨胀受外层的约束，使燃烧室壳体内产 生一定的热应力，易造成燃烧室爆裂；更重要的是燃烧室壳体金属材料在高温下其机械性 能显著降低，为此采用喷涂隔热涂层的措施来防止发动机的壳体温度上升，使发动机在工 作时间内壳体不产生过热而可靠工作。现有的发动机燃烧室内壁隔热涂料是以有机硅树 脂为胶粘剂，加入二氧化钛、三氧化二铬、白云母和滑石粉为填料的涂料，这种涂料当温度 高于2000°C时，涂层中的二氧化钛、三氧化二铬易脱落，失去了隔热效果，其导热系数为 0. 0504ff/m ·Κ，不能应用于燃烧温度高达3000°C、燃气压力25MPa的航空炸弹助推火箭发动 机上。现有的发动机燃烧室内壁涂层的工艺方法是将一个外部形状与发动机燃烧室内部 形状一致的模具，放置在与发动机燃烧室内，在模具的外壁与发动机的机燃烧室内壁之间 形成一个间隙为0. 75mm 1. 2mm，然后将这个间隙形成的空间抽真空后，在2X IO4N的力的 作用下，将配置好的液态涂料吸入间隙中充满后置于高温下固化，最后将模具去掉，得到粘 贴在发动机燃烧室内壁上的涂层，这种工艺方法去掉模具的过程困难，操作复杂，产品合格 率低。
发明内容
本发明是为了解决现有的隔热涂料耐热温度低、在高速燃气流的冲刷下易脱落、 涂层制备工艺复杂，不能满足燃气温度高达300(TC、燃气压力为25MPa的航空炸弹助推火 箭发动机应用要求的问题，提供一种耐高温高压隔热涂料及涂层的制备方法。本发明的一种耐高温高压隔热涂料，按质量百分比由20% 30%热固性酚醛树 脂、40% 50%绿色碳化硅粉和20% 40%白色钢玉粉组成。利用上述一种耐高温高压隔热涂料制备涂层的方法按以下步骤进行一、将支座 固定在滚架上，滚轮由支座支撑并通过传动轴、皮带传动机构与滚轮电机相连，待喷涂的发 动机燃烧室放置在滚轮上；二、将导轨固定在导轨架上，将喷枪固定在沿导轨移动的滑车 上，并且使喷枪的轴线与发动机燃烧室的轴线重合；喷枪通过软管与贮料罐相连；三、将上 述的耐高温高压隔热涂料加入到贮料罐中；四、启动滚轮电机，使滚轮转动，并带动发动机 燃烧室按80转/分钟 220转/分钟的转速绕其轴线旋转；五、启动滑车电机，经变速箱 变速后，使滑车沿导轨带动喷枪以0. 8m/min 1. 5m/min的速度向发动机燃烧室移动，当喷枪嘴到达发动机燃烧室的右端时，启动喷枪喷涂，喷枪嘴处的压力为0. IMPa 0. 15Mpa, 当喷枪的喷嘴到达发动机燃烧室的左端时，滑车反向运动，反复喷涂使涂层的厚度达到
0.5mm 0. 8mm ；六、将喷涂好的发动机燃烧室放置到烘干箱中固化，并按0. 8 °C /min
1.30C /min的速度升温至100°C 110°C保持30min 50min，然后自然冷却至室温，即得到 耐高温高压隔热涂层。本发明采用热固性酚醛树脂、耐热材料绿色碳化硅粉和白色钢玉粉混合得到粘度 为40s 60s(用涂-4粘度计测量)的涂料，与燃烧室金属壁(30CrMnSiA材料)的粘接性能 好，涂层热膨胀系数与金属壳体接近，当环境温度变化时，能适应金属壳体的热胀冷缩，不 脱落，在冲击和振动下不破坏，涂料中的耐高温物质为绿碳化硅粉和白色钢玉粉，涂层厚度 为0. 5mm 0. 8mm,其导热系数为0. 006ff/m ·Κ 0. 007ff/m ·Κ，具有良好的隔热性能，3000°C 的温度及25MPa 30Mpa压力下不脱落，能有效的起到隔热防护性能，涂料性能稳定，制备 好的涂层贮存期长达20年，容易制造，工艺简单。发动机燃烧室为Φ205πιπιΧ2. 8m 3. Omm 的圆柱形筒体，在筒体转动的同时使喷枪沿筒体内壁的轴线直线运动，在筒体的内表面均 勻涂覆一层涂料，涂层再经固化即可。采用该涂层技术解决了航空炸弹助推发动机燃烧室 的隔热问题，经交付部队试用后，无一发燃烧室产生爆裂或产生局部凸包现象，耐热性可 靠、稳定。制备涂层的工艺方法简单，固化结束后没有去除模具的操作过程，效率高。
图1是具体实施方式
一的喷涂设备示意图，其中1是支座，2是滚架，3是滚轮，4是 传动轴，5是皮带传动机构，6是滚轮电机，7是导轨，8是导轨架，9是喷枪，10是滑车，11是 软管，12是贮料罐，13是发动机燃烧室，14是滑车电机，15是变速箱，16是喷枪嘴；图2是具体实施方式
一的喷涂设备A-A面的剖示图，其中17是涂层。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的一种耐高温高压隔热涂料，按质量百分比由 20% 30%热固性酚醛树脂、40% 50%绿色碳化硅粉和20% 40%白色钢玉粉组成。本实施方式的耐高温、耐高压隔热涂料与燃烧室金属壁(30CrMnSiA材料)的粘 接性能好，涂层热膨胀系数与金属壳体接近，当环境温度变化时，能适应金属壳体的热胀冷 缩，不脱落，在冲击和振动下不破坏，涂料中的耐高温物质为绿色碳化硅粉和白色钢玉粉， 涂层厚度为0. 5mm 0. 8mm,其导热系数为0. 006ff/m ·Κ 0. 007ff/m ·Κ，具有良好的隔热性 能，在3000°C的温度及25MPa的燃气流冲刷下不脱落，能有效进行隔热，涂料的性能稳定， 制备好的涂层贮存期长达20年。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述的绿色碳化硅粉 的细度为380目 460目。所述的绿色碳化硅粉的细度为。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是所述的绿碳化硅 粉的细度为400目 450目。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三不同的是所述的绿碳化硅 粉的细度为420目。其它与具体实施方式
一至三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四不同的是所述的白色钢玉粉的细度为观0目 500目。其它与具体实施方式
一至四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五不同的是所述的白色钢玉 粉的细度为300目 400目。其它与具体实施方式
一至五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是所述的白色钢玉 粉的细度为320目。其它与具体实施方式
一至六相同。
具体实施方式
八本实施方式与与具体实施方式
一不同的是耐高温高压隔热涂 料按质量百分比由22 % 观％的热固性酚醛树脂、42 % 48 %的绿碳化硅粉和25 % 35%的白色钢玉粉组成。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一不同的是耐高温高压隔热涂料 按质量百分比由25%的1411酚醛树脂溶液、45%的绿碳化硅粉和30%的白色钢玉粉组成。本实施方式所述的1411酚醛树脂溶液、绿碳化硅粉和白色钢玉粉均为市售商品。本实施方式的一种耐高温高压隔热涂料的制备方法是将按质量百分比25%热 固性酚醛树脂、45%绿色碳化硅粉和30%白色钢玉粉混合均勻即可。本实施方式的耐高温高压隔热涂料与燃烧室金属筒内壁(材料为30CrMnSiA)的 粘接性能好，涂层热膨胀系数与金属壳体接近，当环境温度变化时，能适应金属壳体的热胀 冷缩，不脱落，在冲击和振动下不破坏，涂料中的耐高温物质为绿色碳化硅粉和白色钢玉 粉，涂层厚度为0. 7mm,其导热系数为0. 00658ff/m · K，具有良好的隔热性能，3000°C的温度 和25MPa压力下不脱落，能有效隔热，涂料的性能稳定，制备好的涂层贮存期长达20年。
具体实施方式
十(参见图1、图幻本实施方式利用上述一种耐高温高压隔热涂料 制备涂层的方法按以下步骤进行一、将支座1固定在滚架2上，滚轮3由支座1支撑并通过 传动轴4、皮带传动机构5与滚轮电机6相连，待喷涂的发动机燃烧室13放置在滚轮3上； 二、将导轨7固定在导轨架8上，将喷枪9固定在沿导轨7移动的滑车10上，并且使喷枪9 的轴线与发动机燃烧室13的轴线重合；喷枪9通过软管11与贮料罐12相连；三、将具体 实施方式一所述的耐高温高压隔热涂料加入到贮料罐12中；四、启动滚轮电机6，使滚轮3 转动，并带动发动机燃烧室13按80转/分钟 220转/分钟的转速绕其轴线旋转；五、启 动滑车电机14，经变速箱15变速后，使滑车10沿导轨7带动喷枪9以0. 8m/min 1. 5m/ min的速度向发动机燃烧室13移动，当喷枪嘴16到达发动机燃烧室13的右端时，启动喷枪 喷涂，喷枪嘴16处的压力为0. IMPa 0. 15Mpa,当喷枪的喷嘴16到达发动机燃烧室13的 左端时，滑车10反向运动，反复喷涂使涂层的厚度达到0. 5mm 0. 8mm ；六、将喷涂好的发 动机燃烧室放置到烘干箱中固化，并按8V /IOmin 13°C /IOmin的速度升温至100°C 110°C保持30min 50min，然后自然冷却至室温，即得到耐高温高压隔热涂层。本实施方式涂层的制备方法简单，高效。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
十不同的是步骤四中发动机燃 烧室13按转速为100转/分钟 200转/分钟绕其轴线旋转。其它与具体实施方式
十相 同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
十或十一不同的是步骤四中发 动机燃烧室13按转速为150转/分钟绕其轴线旋转。其它与具体实施方式
十或十一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十至十二不同的是步骤五中喷 枪管9以lm/min 1. 2m/min的速度向发动机燃烧室13移动。其它与具体实施方式
十至十二相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十至十三不同的是步骤五中喷 枪管9以1. lm/min的速度向发动机燃烧室13移动。其它与具体实施方式
十至十三相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十至十四不同的是步骤五中喷 枪嘴16处的压力为0. IlMPa 0. 14Mpa。其它与具体实施方式
十至十四相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十至十五不同的是步骤五中喷 枪嘴16处的压力为0. 13MPa。其它与具体实施方式
十至十五相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十至十六不同的是步骤五中涂 层的厚度为0. 55mm 0. 75mm。其它与具体实施方式
十至十六相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十至十七不同的是步骤五中涂 层的厚度为0.65mm。其它与具体实施方式
十至十七相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十至十八不同的是步骤六中将 喷涂好的发动机燃烧室放在烘干箱中，按0. 90C /min 1. 2V /min的速度升温至101°C 109°C保持35min 45min，然后自然冷却至室温。其它与具体实施方式
十至十八相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十至十九不同的是步骤六中将 喷涂好的发动机燃烧室放在烘干箱中，按l°c /min的速度升温至105°C保持40min，然后自 然冷却至室温。其它与具体实施方式
十至十九相同。
具体实施方式
二十一本实施方式的利用具体实施方式
九所述的耐高温高压隔热 涂料制备涂层的方法，按以下步骤进行一、将支座1固定在滚架2上，滚轮3由支座1支撑 并通过传动轴4、皮带传动机构5与滚轮电机6相连，待喷涂的发动机燃烧室13放置在滚 轮3上；二、将导轨7固定在导轨架8上，将喷枪9固定在沿导轨7移动的滑车10上，并且 使喷枪9的轴线与发动机燃烧室13的轴线重合；喷枪9通过软管11与贮料罐12相连；三、 将具体实施方式
九所述的耐高温高压隔热涂料加入到贮料罐12中；四、启动滚轮电机6，使 滚轮3转动，并带动发动机燃烧室13按120转/分钟的转速绕其轴线旋转；五、启动滑车 电机14，经变速箱15变速后，使滑车10沿导轨7带动喷枪9以1. 2m/min的速度向发动机 燃烧室13移动，当喷枪嘴16到达发动机燃烧室13的右端时，启动喷枪喷涂，喷枪嘴16处 的压力为0. 15Mpa,当喷枪的喷嘴16到达发动机燃烧室13的左端时，滑车10反向运动，反 复喷涂使涂层的厚度达到0. 8mm ；六、将喷涂好的发动机燃烧室放置到烘干箱中固化，并按 0. 90C /min 1. 3°C /min的速度升温至110°C保持40min，然后自然冷却至室温，即得到耐 高温高压隔热涂层。本实施方式涂层的制备工艺简单，高效。本实施方式在航空炸弹助推发动机的燃烧室的金属材料为30CrMnSiA，壁厚为 2. 8mm 3. 0mm，加工有隔热涂层的发动机燃烧室10发，经与未喷涂隔热涂层的发动机燃烧 室10发，同时进行地面点火试验，试验结果有隔热涂层的发动机燃烧室点火工作后无一 发损坏。而没有隔热涂层的6发产生燃烧室爆裂、4发燃烧室产生较大凸包，经试验验证航 空炸弹助推火箭发动机的燃烧室制备涂层之后，燃烧室工作可靠。
权利要求
1.一种耐高温高压隔热涂料，其特征在于一种耐高温高压隔热涂料按质量百分比由 20% 30%热固性酚醛树脂、40% 50%绿色碳化硅粉和20% 40%白色钢玉粉组成。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温高压隔热涂料，其特征在于所述的绿色碳化硅粉 的细度为380 460目。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温高压隔热涂料，其特征在于所述的白色钢玉 粉的细度为观0 500目。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温高压隔热涂料，其特征在于一种耐高温高压隔 热涂料按质量百分比由22 % 观％的热固性酚醛树脂、42 % 48 %的绿色碳化硅粉和 25% 35%的白色钢玉粉组成。
5.利用如权利要求1所述的一种耐高温高压隔热涂料制备涂层的方法，其特征在于制 备涂层的方法按以下步骤进行一、将支座⑴固定在滚架⑵上，滚轮(3)由支座⑴支 撑并通过传动轴G)、皮带传动机构( 与滚轮电机(6)相连，待喷涂的发动机燃烧室(13) 放置在滚轮C3)上；二、将导轨(7)固定在导轨架(8)上，将喷枪(9)固定在沿导轨(7)移 动的滑车(10)上，并且使喷枪(9)的轴线与发动机燃烧室(13)的轴线重合；喷枪(9)通 过软管(11)与贮料罐(1 相连；三、将权利要求1所述的耐高温高压隔热涂料加入到贮 料罐(1 中；四、启动滚轮电机(6)，使滚轮C3)转动，并带动发动机燃烧室(1 按80转 /分钟 220转/分钟的转速绕其轴线旋转；五、启动滑车电机(14)，经变速箱(1 变速 后，使滑车(10)沿导轨(7)带动喷枪(9)以0. 8m/min 1. 5m/min的速度向发动机燃烧室 (13)移动，当喷枪嘴(16)到达发动机燃烧室(13)的右端时，启动喷枪喷涂，喷枪嘴(16)处 的压力为0. IMI^a 0. 15Mpa，当喷枪的喷嘴(16)到达发动机燃烧室(13)的左端时，滑车 (10)反向运动，反复喷涂使涂层的厚度达到0. 5mm 0. 8mm ；六、将喷涂好的发动机燃烧室 放置到烘干箱中固化，并按每0. 8°C /min 1. 3°C /min的速度升温至100°C 110°C保持 30min 50min，然后自然冷却至室温，即得到耐高温高压隔热涂层。
6.根据权利要求5所述的制备涂层的方法，其特征在于步骤四中发动机燃烧室(13)以 转速为100转/分钟 200转/分钟绕其轴线旋转。
7.根据权利要求5或6所述的制备涂层的方法，其特征在于步骤五中喷枪(9)以Im/ min 1. 2m/min的线速度向发动机燃烧室(13)移动。
8.根据权利要求7所述的制备涂层的方法，其特征在于步骤五中喷枪嘴(16)处的压力 为 0.IlMPa 0. 14Mpa。
9.根据权利要求5、6或8所述的制备涂层的方法，其特征在于步骤五中涂层的厚度为 0. 55mm 0. 75mm0
10.根据权利要求9所述的制备涂层的方法，其特征在于步骤六中将喷涂好的发动机 燃烧室(13)放在烘干箱中，按0. 90C /min 1. 2V /min的速度升温至101°C 109°C保持 35min 45min，然后自然冷却至室温。
全文摘要
一种耐高温高压隔热涂料及其制备涂层的方法，它涉及隔热涂料及制备涂层的方法。本发明解决了现有的隔热涂料耐热温度低、在高速燃气流的冲刷下易脱落、涂层制备工艺复杂，不能满足燃气温度≥3000℃、燃气压力≥25MPa的航空炸弹助推火箭发动机应用要求的问题。本产品由热固性酚醛树脂、绿碳化硅粉和白色钢玉粉组成。方法待喷涂的发动机燃烧室由滚轮带动绕其轴线旋转；喷枪管由沿导轨移动的滑车带动从燃烧室的右端移动到左端，同时进行喷涂，然后经固化得到均匀涂层。涂层导热系数为0.006～0.007W/m·K，耐热温度≥3000℃，耐燃气压力为25～30Mpa，涂层的制备简单，可用于航空炸弹助推火箭发动机。
文档编号C04B35/66GK102126863SQ20101003247
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者刘甲臣, 贾连颖, 郑兴民 申请人:哈尔滨建成集团有限公司