本发明专利技术涉及一种高发射率玻璃釉料以及高发射率涂层制备方法。具体地说，本发明专利技术涉及一种釉料组合物及其在例如陶瓷纤维刚性隔热瓦上形成釉料涂层的应用，所述釉料组合物包含玻璃粉料、水和陶瓷分散剂；优选的是，所述玻璃粉料、水和陶瓷分散剂的质量比为1∶2至4∶0.01至0.02。本发明专利技术还涉及一种在基体上制备釉料涂层的方法，所述方法包括如下步骤：获得所述釉料组合物；在基体的表面上涂布所述釉料组合物，形成釉料涂层；将所述釉料涂层烘干；以及将烘干的所述釉料涂层烧结，由此在所述基体的表面上形成烧结釉料涂层。本发明专利技术方法可获得具有半球全谱发射率不低于0.90，服役条件下重复使用100次后半球全谱发射率降幅不大于10％的坚硬而光亮的黑色釉料涂层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能复合材料
，具体涉及釉料涂层材料和在基体上尤其是在陶瓷纤维刚性隔热瓦上制备釉料涂层的方法。
技术介绍
使用轻质刚性陶瓷隔热瓦作为飞行器的热防护材料时，一般会在轻质多孔的隔热瓦外表面复合一层高发射率涂层。高发射率涂层可以将飞行过程中产生的气动热的绝大部分辐射回背景空间。此外该涂层还起到表面增强、抗冲刷和防水的作用。美国专利4093771号揭示了一种高反应活性的反应固化玻璃粉(ReactionCuredGlass,RCG)及以RCG为原料的玻璃涂层的制备方法。这种玻璃釉料适合于作为轻质陶瓷瓦洛克希德隔热材料(LockheedInsulation,LI，美国专利3952083号)的表面涂层使用。典型的RCG涂层配方由97.5质量％的高活性反应固化玻璃粉与2.5质量％四硼化硅助熔剂组成，烧结温度为1150℃，烧结时间为1.5小时。然而，RCG玻璃涂层抗冲击性能差，长时间使用温度不超过1260℃。美国专利5079082号公布了一种强韧化的单片的纤维隔热材料(ToughenedUni-pieceFibrousInsulation,TUFI)的制备方法。该专利在RCG玻璃涂层的基础上增加了四硼化硅粉作为涂层烧结助剂。通过减小涂层浆料中颗粒的粒径，使得喷涂涂层浆料时涂层物质更多地渗入到纤维基体中，从而形成梯度的纤维增强复合材料。典型的TUFI涂层配方为77.5质量％RCG玻璃粉、2.5质量％四硼化硅烧结助剂和20质量％二硅化钼高发射率物质。烧结温度为1220℃，烧结时间为90分钟。TUFI涂层比RCG玻璃涂层抗冲击性能大幅度提高，目前作为航天飞机隔热瓦和X-37、X-43、X-51等飞行器隔热瓦表面涂层的主要方案广泛使用。TUFI涂层的长期使用温度不超过2600℉(1425℃)，尚不能满足飞行器的端头帽、翼前缘等极端高温区域的隔热需求。TUFI涂层与各种牌号的刚性隔热瓦基体都能很好地匹配复合。典型的刚性隔热瓦基体包括LI-900及LI-2200(美国专利3952083号)、FRCI(美国专利4148962号)、HTP(R.P.Banas等,ThermophysicalandMechanicalPropertiesoftheHTPFamilyofRigidCeramicInsulationMaterials,AIAA-85-1055)、AETB(D.B.Leiseret.,al.,OptionsforImprovingRigidizedCeramicHeatshields,CeramicEngineeringandScienceProceedings,6,No.7-8,pp.757-768,1985)以及BRI(美国专利6716782B2号)。美国专利7767305B1公布了一种高效钽基陶瓷材料(HighEfficiencyTantalum-basedCeramics,HETC)的制备方法。典型的HETC涂层配方为35质量％TaSi2,20质量％MoSi2,2.5质量％SiB6和52.5质量％RCG玻璃粉。烧结温度为1220℃，烧结时间90分钟。HETC涂层配方中TaSi2、MoSi2及RCG玻璃粉的相对比例可以根据刚性隔热瓦基体的线膨胀系数、发射率指标要求和耐温性指标要求优化设计。HETC涂层不仅适用于上述氧化物陶瓷纤维刚性隔热瓦，也适用于碳纤维基体的刚性隔热瓦。我国从上世纪80年代开始，开展了刚性陶瓷隔热瓦纤维基体的研制工作。山东工业陶瓷研究设计院(中国专利公开号CN101691138A)公布了一种航天飞机隔热瓦的制备方法。这种航天飞机隔热瓦由50质量％至95质量％的石英纤维、5质量％至50质量％的氧化铝纤维以及0至5质量％的氮化硼粉末烧结剂组成。该专利公布的隔热瓦涂层配方中含有大量碱金属与碱土金属离子，高温下涂层粘度显著降低，限制了隔热瓦的使用温度。航天材料及工艺研究所(中国专利公开号CN102199042A)公布了一种轻质刚性陶瓷隔热瓦的组成及其制备方法。该种刚性陶瓷隔热瓦由50质量％至100质量％的石英纤维和0质量％至50质量％的莫来石纤维组成，添加陶瓷纤维质量0.01至15质量％的氮化硼粉末烧结剂，同时添加陶瓷纤维质量0至20质量％的碳化硅粉末作为抗红外辐射剂。虽然现阶段我国刚性隔热瓦基体制备技术已经与国际先进水平相当，但是隔热瓦表面高发射率涂层制备技术与国际先进水平还有较大差距，这阻碍了刚性隔热瓦作为飞行器外表面隔热材料使用的进程。因此研发一种具有自主知识产权的刚性隔热瓦表面高发射率涂层釉料配方及涂层制备技术具有极其重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有高发射率涂层耐温性不足、与刚性隔热瓦基体线膨胀系数匹配性差的缺点，提供一种高发射率玻璃涂层釉料组合物，以及由该釉料组合物制备陶瓷纤维刚性隔热瓦外表面高发射率涂层的方法。该专利是航天特种材料及工艺技术研究所申请的专利CN103467074A的进一步发展和深化。本专利技术在第一方面提供了一种釉料组合物，其特征在于：所述釉料组合物包含玻璃粉料、水和陶瓷分散剂。在更优选的一些实施方式中，所述玻璃粉料、水和陶瓷分散剂的质量比为1：2至4：0.01至0.02。在进一步优选的实施方式中，所述玻璃粉料包含熔融石英粉、特硬料玻璃粉、碳化硼粉、二硅化钼粉、和黏土粉；优选的是，所述玻璃粉料包含40质量％至60质量％的熔融石英粉、20质量％至40质量％的特硬料玻璃粉、4质量％至15质量％的碳化硼粉、3质量％至8质量％的二硅化钼粉、和2质量％至8质量％的黏土粉。本专利技术在第二方面提供了一种在基体上制备釉料涂层的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1至4中任一项所述的釉料组合物制备釉料涂层。在更优选的一些实施方式中，所述方法包括如下步骤：(1)获得所述釉料组合物；(2)在基体的表面上涂布所述釉料组合物，形成釉料涂层；(3)将所述釉料涂层烘干；以及(4)将烘干的所述釉料涂层烧结，由此在所述基体的表面上形成烧结釉料涂层；优选的是，步骤(2)至(4)可以进行两次或者更多次，例如为进行两次。本专利技术在第三方面还提供了本专利技术第一方面所述的釉料组合物在制备基体上的釉料涂层中的应用，尤其是在制备陶瓷纤维刚性隔热瓦的釉料涂层的应用。本专利技术与现有技术相比有益效果为：(1)本专利技术所制备的釉料涂层具有高发射率，可在1300℃环境中长时间可重复使用，耐温性能够介于美国的RCG涂层与TUFI涂层之间，但是显著优于国内所公布的刚性隔热瓦涂层，为制备陶瓷纤维刚性隔热瓦提供了一种在耐温性上可供选择的或者说是更优的技术方案。(2)本专利技术新制备的高发射率釉料涂层的半球全谱发射率为0.9，显著高于RCG与TUFI涂层的发射率，后者为0.80至0.85。(3)该釉料涂层实现了低温烧结高温使用，即在烧结时发生了不可逆化学反应，并且反应产物在烧结温度以上仍然稳定。(4)该釉料涂层在模拟服役条件下可重复使用100次而发射率衰减不大于10质量％。本专利技术釉料组合物适用于在基体的外表面尤其是在轻质陶瓷纤维刚性隔热瓦的外表面上制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种釉料组合物，其特征在于：所述釉料组合物包含玻璃粉料、水和陶瓷分散剂；优选的是，所述玻璃粉料、水和陶瓷分散剂的质量比为1：2至4：0.01至0.02。
【技术特征摘要】
1.一种釉料组合物，其特征在于：所述釉料组合物包含玻璃粉料、水和陶瓷分散剂；优选的是，所述玻璃粉料、水和陶瓷分散剂的质量比为1：2至4：0.01至0.02。
2.根据权利要求1所述的釉料组合物，其特征在于，所述玻璃粉料包含熔融石英粉、特硬料玻璃粉、碳化硼粉、二硅化钼粉、和黏土粉；优选的是，所述玻璃粉料包含40质量％至60质量％的熔融石英粉、20质量％至40质量％的特硬料玻璃粉、4质量％至15质量％的碳化硼粉、3质量％至8质量％的二硅化钼粉、和2质量％至8质量％的黏土粉。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述水为去离子水；和/或
所述陶瓷分散剂选自由聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、甲基纤维素、pH值为7的聚丙烯酸铵盐、pH值为7的聚甲基丙烯酸铵盐、吐温-80、氨水、聚乙烯醇、聚乙二醇及聚全氟磺酸组成的组；优选的是，所述聚丙烯酸铵盐和/或聚甲基丙烯酸铵盐的pH为7；更优选的是，所述陶瓷分散剂为pH为7的20质量％的聚丙烯酸铵盐水溶液。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其特征在于：
所述玻璃粉料的粒径等于或者小于300目；另外优选的是，所述釉料组合物通过将包含粒径等于或者小于300目的玻璃粉料、去离子水和陶瓷分散剂的混合物于磨机中研磨24至48小时，然后取出再过300目筛而制得；
另外优选的是，所述磨机为球磨机；另外优选的是，球磨机中的浆料体积与球磨小球的表观体积控制为1：1；另外优选的是，球磨机的转速控制为200至400rpm；另外优选的是，球磨小球为氧化锆球，其中直径为1cm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm的小球的质量比为1：1：1：1：1：1。
5.一种在基体上制备釉料涂层的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1至4中任一项所述的釉料组合物制备釉料涂层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)获得所述釉料组合物；
(2)在基体的表面上涂布所述釉料组合物，形成釉料涂层...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁胜，张凡，刘斌，苏力军，李文静，赵英民，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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