一种耐高温高辐射热控涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温高辐射热控涂层及其制备方法，形成所述热控涂层的涂料包括填料和成膜物，所述填料为稀土氧化物与碳化硼形成的混合物或者稀土氧化物与碳化硅形成的混合物；所述成膜物为聚硼硅氮烷、聚硅氧氮烷或耐高温有机硅树脂；其中所述填料和所述成膜物的质量比为3～9：1，本发明专利技术热控涂层具有耐高温、发射率高、抗热震性强的优点，同时该涂层具有制备方法简单、施工方便、基材适应面广及易修补的优点，可满足军用和民用领域的高温辐射散热需求。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温高辐射热控涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种涂层，特别是涉及一种耐高温高辐射热控涂层及其制备方法。
技术介绍
耐高温高辐射涂层可以强化基材表面的辐射换热能力，在干燥加热、航空航天、环保建材等领域有着广泛应用。国外耐高温高辐射涂层在航天领域应用方面已经有近五十年的历史，尤其是在航天飞机上的成功应用，其在民用领域的应用也有三十多年，结果表明高温高辐射涂层在热控、热防护、节能环保领域具有非常重要作用。在新研制的可重复使用飞行器(如X-37B)、高超声速飞行器表面都采用了高辐射材料，证明强化辐射散热是提高热防护能力的重要途径。同时，NASA也将此类耐高温高辐射涂层向窑炉节能等民用领域推广，其与英国FIC公司合作，将高辐射涂层应用到玻璃窑炉中，通过3年实验，表明该高辐射涂层可长期稳定地令窑炉节能10％。从上世纪七八十年代，国内开始研究高温高辐射涂层，主要用于窑炉节能，且高温辐射换热性能不佳。由于需求不足，国内高温高辐射涂层在航空航天领域的应用研究较少。近年来，新型高速飞行器的发展对用于其表面高温高辐射涂层提出急切需求。同时，我国环境污染非常严重，急需通过提高煤、天然气等一次能源利用效率来降低污染物排放。而高温高辐射涂层可用于钢铁、玻璃、水泥等高耗能重污染企业的窑炉上，达到节能减排的目的。目前应用的高辐射涂层主要包括有机高辐射涂层和无机高辐射涂层两类。有机高辐射涂层存在使用温度低的缺点，使用温度一般不超过400℃.而无机高辐射涂层虽然具有良好的耐高温能力，但其存在与基材热膨胀匹配性差、附着力差、抗机械冲击能力差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种耐高温高辐射热控涂层，该涂层具有耐高温、发射率高、抗热震性强的优点，同时该涂层具有制备方法简单、施工方便、基材适应面广及易修补的优点，可满足军用和民用领域的高温辐射散热需求。本专利技术的另外一个目的在于提供一种耐高温高辐射热控涂层的制备方法。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种耐高温高辐射热控涂层，形成所述热控涂层的涂料包括填料和成膜物，所述填料为稀土氧化物与碳化硼形成的混合物或者稀土氧化物与碳化硅形成的混合物；所述成膜物为聚硼硅氮烷、聚硅氧氮烷或耐高温有机硅树脂；其中所述填料和所述成膜物的质量比为3～9：1。在上述耐高温高辐射热控涂层中，稀土氧化物与碳化硼构成的混合物中各组分的质量百分比含量为：稀土氧化物为50％～75％，碳化硼为25％～50％；所述稀土氧化物与碳化硅构成的混合物中各组分的质量百分比含量为：稀土氧化物为50％～75％，碳化硅为25％～50％。在上述耐高温高辐射热控涂层中，稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱或氧化镥中的一种或多种组合。在上述耐高温高辐射热控涂层中，稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化钐、氧化镨、氧化铕、氧化铒、氧化铽或氧化镥中的一种或多种组合。在上述耐高温高辐射热控涂层中，热控涂层的厚度为50～200μm。一种耐高温高辐射热控涂层的制备方法，包括如下步骤：将填料、成膜物以及有机溶剂采用高速搅拌混合、球磨混合或砂磨混合1～3h，将混合均匀的涂料喷涂在待喷涂基材表面，然后首先室温固化6～12h，之后在150～200℃下固化1～3h，完成制备；所述有机溶剂为乙酸丁酯。在上述耐高温高辐射热控涂层的制备方法中，采用空气喷涂工艺将混合均匀的涂料喷涂在待喷涂基材表面。在上述耐高温高辐射热控涂层的制备方法中，混合均匀涂料中有机溶剂的质量百分比含量为40％～50％。在上述耐高温高辐射热控涂层的制备方法中，填料中的稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱或氧化镥中的一种或多种组合。在上述耐高温高辐射热控涂层的制备方法中，将混合均匀的涂料喷涂在待喷涂基材表面后，直接室温固化24～72h得到热控涂层；所述制备得到的热控涂层的厚度为50～200μm。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术采用稀土氧化物与碳化硼(或碳化硅)形成的混合物作为填料以及可以在高温发生陶瓷化反应的陶瓷前驱体树脂为涂层成膜物，制备了在常温及高温条件下与金属和非金属基材均具有良好结合力、抗机械冲击能力且抗热震性良好的高温高辐射涂层，经过800-1300℃高温考核。该高辐射涂层可以显著降低基材的温度，从而起到有效的热防护作用，例如涂层表面温度800℃左右时，可将基材温度降低50-100℃；(2)、本专利技术该耐高温高辐射涂层具有耐温能力强、高温发射率高的优点，其1100K发射率为0.88±0.03，长时最高使用温度达到1300℃，可大幅降低基材温度,并提高基材的抗氧化能力；(3)、本专利技术耐高温高辐射涂层采用简单的空气喷涂工艺，其固化温度为室温或150-200℃，具有高温辐射散热效果好、制备工艺简单、适于在大面积和复杂结构表面使用的优点；同时具有质量轻、厚度薄、重量散热效益比高的优点；(4)本专利技术采用的填料为稀土氧化物与碳化硼形成的混合物或者稀土氧化物与碳化硅形成的混合物，通过在高热膨胀系数的稀土氧化物中掺入低热膨胀系数的碳化硼或碳化硅，可以调整涂层的热膨胀系数，使涂层在金属和复合材料基材上均具有优良的抗热震性能。(5)、本专利技术通过大量试验对制备热控涂层的原料组份及含量进行优选，使得制备得到的热控涂层具有更加优异的性能，可满足军用和民用领域的高温辐射散热需求。附图说明图1为本专利技术耐高温高辐射涂层制备流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术耐高温高辐射热控涂层中，形成热控涂层的涂料包括填料和成膜物，其中填料为稀土氧化物与碳化硼形成的混合物或者稀土氧化物与碳化硅形成的混合物；成膜物为聚硼硅氮烷、聚硅氧氮烷或耐高温有机硅树脂；其中填料和成膜物的质量比为3～9：1，填料在涂层中的质量分数为75％～90％；上述稀土氧化物与碳化硼构成的混合物中各组分的质量百分比为：稀土氧化物为50％～75％，碳化硼为25％～50％。或者上述稀土氧化物与碳化硅构成的混合物中各组分的质量百分比为：稀土氧化物为50％～75％，碳化硅为25％～50％。上述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化鐿或氧化镥中的一种或多种，优选氧化镧、氧化铈、氧化钐、氧化镨、氧化铕、氧化铒、氧化铽、氧化镥中的一种或多种组合。本专利技术制备的耐高温高辐射热控涂层的厚度为50～200μm。如图1所示为本专利技术耐高温高辐射涂层制备流程图，本专利技术耐高温高辐射热控涂层的制备方法具体包括如下步骤：将填料、成膜物以及有机溶剂按照比例采用高速搅拌混合、球磨混合或砂磨混合1～3h，采用空气喷涂工艺将混合均匀的涂料喷涂在待喷涂基材表面，然后首先室温固化6～12h，之后在150～200℃下固化1～3h，完成制备，或者直接室温固化24～72h，完成制备。所述有机溶剂为乙酸丁酯。其中混合均匀涂料中有机溶剂的质量百分比含量为40％～50％。其中待喷涂基材为金属或非金属基材。实施例1首先，制备耐高温高辐射浆料，其原料配比为(质量百分比含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温高辐射热控涂层，其特征在于：形成所述热控涂层的涂料包括填料和成膜物，所述填料为稀土氧化物与碳化硼形成的混合物或者稀土氧化物与碳化硅形成的混合物；所述成膜物为聚硼硅氮烷、聚硅氧氮烷或耐高温有机硅树脂；其中所述填料和所述成膜物的质量比为3～9：1。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温高辐射热控涂层，其特征在于：形成所述热控涂层的涂料包括填料和成膜物，所述填料为稀土氧化物与碳化硼形成的混合物或者稀土氧化物与碳化硅形成的混合物；所述成膜物为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷；其中所述填料和所述成膜物的质量比为3～9：1。2.根据权利要求1所述的一种耐高温高辐射热控涂层，其特征在于：所述稀土氧化物与碳化硼构成的混合物中各组分的质量百分比含量为：稀土氧化物为50％～75％，碳化硼为25％～50％；所述稀土氧化物与碳化硅构成的混合物中各组分的质量百分比含量为：稀土氧化物为50％～75％，碳化硅为25％～50％。3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温高辐射热控涂层，其特征在于：所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱或氧化镥中的一种或多种组合。4.根据权利要求3所述的一种耐高温高辐射热控涂层，其特征在于：所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化钐、氧化镨、氧化铕、氧化铒、氧化铽或氧化镥中的一种或多种组合。5.根据权利要求1或2所述的一种耐高温高辐射热控涂层，其特征在于：所述热控涂层的厚度为50～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊峰，卢鹉，罗正平，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11