一种热障涂层及其制备方法与流程

本发明属于高分子材料及防热涂料领域，涉及一种热障涂层及制备方法。

背景技术：

1、飞行器在大气中飞行时，由于气流摩擦会产生高温，需要有效的防热和隔热手段。目前，各类热防护材料中使用最多的是烧蚀防热材料，它是以损耗材料自身实现热量耗散，阻止热传导进入材料内部，实现对于飞行器的热防护。作为一类特殊的烧蚀隔热材料，热障涂层在航空航天中有着重要的应用，具有涂布工艺简单，受产品结构影响较小，且成本较低、涂刷周期短，被广泛应用于发动机及飞行器舱体的外表面防热。伴随飞行器飞行速度加快、飞行时间增长，热防护材料面临的气动加热环境更为严酷，对飞行器结构的长时服役防隔热以及涂层的稳定可靠性能提出了更高要求。

2、对于烧蚀隔热涂层而言，所用填料的种类和含量决定了涂层一系列的物理化学性质。为了降低涂料的密度和热导率，多采用空心微球、轻质气凝胶等填料；为了提高涂层的整体性和力学性能，各种纤维填料被广泛使用。但是，由于不同填料的材质及结构区别，导致在涂层制备过程中，易出现不同类型填料分散难度大、易团聚、易分层沉降以及相容性差等问题，不利于各组分的均匀混合和涂层的稳定，印发涂层导热率、机械性能等综合性能下降。因此，提高不同类型填料与涂料相容性，制备均匀分散的具有较高机械性能的耐烧蚀隔热涂料，对于涂层类材料技术发展具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种热障涂层及其制备方法，该热障涂层具有耐热性、低热导率、耐冲刷、高表面硬度、高发射率等优点。

2、本发明实现其目的所采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、向100质量份有机硅树脂中加入5～15质量份陶瓷前躯体，充分混合后，得到组分a；

5、将10～30质量份空心微珠、10～30质量份短切纤维充分混合，分散于溶剂x中，加入表面改性剂，混合均匀形成组分b；

6、将组分a和组分b混合均匀，形成最终物d；

7、将最终物d喷涂或刷涂待防护材料上，待溶剂挥发、干燥后，得到耐烧蚀热障涂层。

8、进一步地，有机硅树脂包括但不局限于梯形聚甲基倍半硅氧烷、梯形聚苯基倍半硅氧烷、三甲基甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基苯基硅树脂、苯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的一种；优选含苯基的有机硅树脂中的一种，分子链中的苯基能够提高有机硅树脂的分解温度，提高树脂热分解后的残余物比例(残碳率)。

9、进一步地，空心微珠包括但不局限于玻璃微珠、陶瓷微珠的一种或两种混合物，粒径50～100um。

10、进一步地，短切纤维包括但不局限于高硅氧纤维(二氧化硅含量在96％～95％的高纯度玻璃纤维)、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、芳砜纶纤维中的一种或多种的混编纤维，纤维长度50～100um；优选石英纤维与凯夫拉纤维1:1混合，兼具强度和韧性。

11、进一步地，陶瓷前躯体包括但不局限于硼化锆、碳化硅、氮化硼、四硼化硅、六硼化硅中的一种，优选硼化锆。

12、进一步地，表面改性剂包括但不局限于γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种；优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲基硅烷中的一种。表面改性剂的添加量为陶瓷前躯体质量的5％～10％。

13、进一步地，还包括以下步骤：将5～15质量份氧化镧和5～15质量份氧化铬晶体等质量放入球磨机中研磨、搅拌，混合均匀后置于坩埚中高温烧结，随炉冷却至室温，加入溶剂y混合均匀形成组分c；将组分c加入到组分a和组分b混合物中形成最终物d。

14、进一步地，溶剂x和溶剂y相同或不同，互溶，且能溶解有机硅树脂、陶瓷前躯体、氧化镧和氧化铬。

15、进一步地，溶剂x和溶剂y包括但不局限于乙醇、异丙醇、甲苯、正己烷、氯仿、四氯甲烷、溴酸盐溶液中的一种，优选乙醇、正己烷、甲苯的一种。

16、本发明还提供一种热障涂层，由上述制备方法制备得到。

17、本发明取得了如下有益效果：

18、1、本发明选用的氧化铬具有很好的喷涂工艺性能，其喷涂工艺规范宽，涂层局部过热时不易开裂。喷涂层十分致密，硬度高，与基体结合强度高，抗冲刷性能好。

19、2、本发明选用的氧化镧和氧化铬耐温等级高，在高温下热稳定性良好，能够进一步保证涂层在高温下的完整性；且两者有相近的晶型结构，通过固相反应可以更好的合成钙钛矿结构的复合结构，该种结构具有良好的辐射性能。氧化镧与氧化铬具有相近的晶型结构，通过固相反应可以更好的合成钙钛矿结构的复合结构，该种结构具有良好的辐射性能，能够提高涂层的热防护效果(辐射热)。

20、3、本发明选用的陶瓷微珠不仅能够具备低密度、低导热率特点，还具备电磁效果，可以额外增强涂层的发射率。

21、4、本发明选用短切纤维作为增强体，具有纤维增强作用，增强涂层力学性能、韧性，避免固化、烧蚀后基体开裂，提高涂层的力学性能和整体韧性。

22、5、本发明选用的溶剂x和溶剂y可以互溶，混合时形成均匀分散的溶液，喷涂后在室温下可以快速挥发，实现涂层的快速干燥。

23、6、本发明制备的热障涂层具有耐热性、热导率低、耐冲刷、表面硬度高等优点，适用于铝合金、钛合金等金属基材或碳纤维复合材料表面或与其他热防护材料组合使用，主要应用于导弹的舱体、发动机、尾翼、电缆罩等，运载火箭的端头帽、防热罩等高热流强冲刷等工作部件。

技术特征：

1.一种热障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，有机硅树脂包括梯形聚甲基倍半硅氧烷、梯形聚苯基倍半硅氧烷、三甲基甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基苯基硅树脂、苯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的一种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，空心微珠包括玻璃微珠、陶瓷微珠的一种或两种混合物，粒径50～100um。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，短切纤维包括高硅氧纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、芳砜纶纤维中的一种或多种的混编纤维，纤维长度50～100um。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，陶瓷前躯体包括硼化锆、碳化硅、氮化硼、四硼化硅、六硼化硅中的一种。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，表面改性剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种；表面改性剂的添加量为陶瓷前躯体质量的5％～10％。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：将5～15质量份氧化镧和5～15质量份氧化铬晶体等质量放入球磨机中研磨、搅拌，混合均匀后置于坩埚中高温烧结，随炉冷却至室温，加入溶剂y混合均匀形成组分c；将组分c加入到组分a和组分b混合物中形成最终物d。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，溶剂x和溶剂y相同或不同，互溶，且能溶解有机硅树脂、陶瓷前躯体、氧化镧和氧化铬。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，溶剂x和溶剂y包括乙醇、异丙醇、甲苯、正己烷、氯仿、四氯甲烷、溴酸盐溶液中的一种。

10.一种热障涂层，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种热障涂层及其制备方法，高分子材料及防热涂料领域。本发明通过有机硅树脂和陶瓷前躯体制备组分A，空心微珠、短切纤维和表面改性剂制备组分B，将两种组分混合后涂覆待防护材料上得到热障涂层。还可通过氧化镧和氧化铬晶体制备组分C，将三种组分混合后涂覆待防护材料上得到性能更好的热障涂层。本发明制备的热障涂层具有耐热性、低热导率、耐冲刷、高表面硬度、高发射率等优点。

技术研发人员：谢永旺,许孔力,许学伟,冉庆波,刘晨
受保护的技术使用者：航天特种材料及工艺技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17