本发明专利技术涉及一种BAS基耐高温发射涂层及制备方法；以成本较低的SiO2、Al2O3、BaCO3为原料制备得到的BAS玻璃粉；将制得的BAS玻璃粉、辐射剂以及助烧剂混合均匀制成涂层料浆；将料浆刷涂或喷涂到基体上，通过一定的升温制度在1400‑1600℃下烧结得到表面平整有光泽的涂层。本发明专利技术的涂层具有更加优异的耐高温性能，可耐温1500‑1600℃；且还具有可调节性更大的热膨胀系数以及较高的发射率，全法向发射率0.80‑0.91；热膨胀系数2.24×10‑6‑7.41×10‑6/k。
A BAS high temperature resistant coating and preparation method of emission
The invention relates to a high temperature resistant BAS emission coating and preparation method; prepared BAS glass powder with SiO2 and low cost Al2O3 and BaCO3; the BAS glass powder, radiation agent and sintering agent mixed evenly coating slurry; the slurry brushing or spraying to the substrate, coating through a certain heating system in 1400 under 1600 DEG C sintered surface smooth glossy. The coating of the invention has more excellent high temperature performance, high temperature 1500 1600 DEG C; and also has more adjustable thermal expansion coefficient and high emission rates, the emission rate of 0.80 to 0.91; thermal expansion coefficient of 2.24 x 10 6 7.41 x 10 6/k.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷材料及其生产
，涉及一种BaO-Al2O3-SiO2(BAS)基耐高温发射涂层及制备方法。
技术介绍
耐高温高发射涂层是一类应用在高温环境下，在红外波段具有较高发射率的功能材料。具有广阔的应用空间：包括航天飞行器表面隔热瓦散热、太空中飞行器的机舱散热、工业窖炉节能温度场优化、制造红外加热装置等。常用的高发射涂层一般由三部分构成：粘结剂、辐射剂和添加剂。美国NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)等机构对耐高温高发射涂层的研究主要集中于航空航天领域隔热瓦散热方面，最早的是1976年，美国NASA的JamesCFletcher等人在USPATENT4,093,771中描述了在石英纤维刚性隔热瓦表面制备反应固化涂层RCG(Reactioncuredglassandglasscoatings)的技术，这种反应固化涂层是由四硼化硅，六硼化硅，其他硼硅化物及硼反应合成。其中，涂层粘结剂为高含量硅的硼硅玻璃和氧化硼；高辐射剂为金属间或金属化合物(四硼化硅，六硼化硅，硼硅化物等)。此涂层可耐1482℃的高温并且具有较好的高温稳定性，室温到1260℃范围内的发射率可达0.9左右，其平均热膨胀系数为0.39×10-6/k。2010年DavidA.Stewart等人在USPATENT7,767,305,B1中专利技术了一种高效钽基陶瓷复合结构HETC(Highefficiencytantalum-basedceramiccompositestructures)，这种高效钽基涂层是由硼硅玻璃作为粘结剂，TaSi2作为第一辐射剂，MoSi2作为第二辐射剂，SiB6作为助烧剂。经过高温烧结后得到高效钽基复合涂层，并通过调节TaSi2的含量来调控其涂层的热膨胀系数，涂层的热膨胀系数随着TaSi2的含量的增加而增大，测试其涂层的发射率在0.9左右。近年来国内也对耐高温高发射率涂层进行了大量的研究。2007年，王衍飞等人在“气凝胶复合陶瓷纤维刚性隔热瓦的制备与性能研究”中以MoSi2颗粒作为高辐射剂、硅溶胶作为助烧剂、硼硅玻璃(氧化硅粉、硼酸粉烧结而成)作为高辐射剂的粘接剂，制备了与隔热瓦结合良好的耐高温高发射涂层，其涂层可耐1150℃，热膨胀系数可通过调节H3BO3的含量来调节(H3BO3含量增加，热膨胀系数降低)。2013年，在“隔热瓦表面高发射率涂层的制备与性能优化”的文献中，郭金华等人采用POSS溶胶作为助烧剂和硼硅玻璃作为粘结剂，Al2O3、SiC和MoSi2为辐射剂在陶瓷隔热瓦上制备了耐高温高发射涂层，涂层具有优良的耐高温性能，可耐1100℃的耐高温。并且在2.5-25μm波长范围内，450℃下测得涂层的发射率可高达0.95。以上所述文献中使用的粘结剂大多是硼硅玻璃，但硼硅玻璃有一定的局限性，如：耐高温性有限，热膨胀系数很小(基本在小于1×10-6/k范围)，且可调节性较小。若要达到更高的耐温性和热膨胀系数，硼硅玻璃体系涂层较难实现。在现有的玻璃体系中BaO-Al2O3-SiO2(以下均用BAS)系玻璃是其中耐热温度最高的体系之一，耐温可达1500℃以上，且热膨胀系调节性更大。本专利技术选取新的BaO-Al2O3-SiO2体系作为粘结剂制备耐高温高发射涂层。该涂层工艺上较为简单，易操作。涂层与基体结合良好，具有优异的耐高温特性，可承受1500℃以上的高温，热膨胀系数调节性更大，并具有较高的红外发射率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于以BAS玻璃粉作为粘结剂，B2O3、硅溶胶中的一种作为助烧剂，MoSi2或MoSi2和TaSi2、SiC中的一种混合作为辐射剂制备出BAS基耐高温高发射涂层。与文献中涉及到的涂层相比，本专利技术涉及到的涂层具有更加优异的耐高温性能，可耐1500℃以上的高温，且还具有可调节性更大的热膨胀系数以及较高的发射率。涂层是通过以下技术方案实现的：(1)以成本较低的SiO2、Al2O3、BaCO3为原料制备得到的BAS玻璃粉；(2)将制得的BAS玻璃粉、辐射剂以及助烧剂混合均匀制成涂层料浆；(3)将料浆刷涂或喷涂到基体上，通过一定的升温制度在1400-1600℃下烧结得到表面平整有光泽的涂层。本专利技术的技术方案如下：一种BAS基耐高温发射涂层，采用BAS玻璃粉为粘结剂，加助烧剂、辐射剂制备耐高温高发射涂层，其中各个组分和质量百分比为：BAS玻璃粉：20-69％；助烧剂：1-10％；辐射剂：30-70％。所述的助烧剂选择为B2O3、硅溶胶中的一种。所述的辐射剂选择为MoSi2或MoSi2与TaSi2、SiC中的一种混合作为辐射剂；辐射剂中MoSi2的质量百分含量为30％-100％。所述的BAS玻璃粉，其制备的原料选择为Al2O3、SiO2、BaCO3，其中各组分的质量百分比为：Al2O3∶7-14.5，SiO2∶67-84，BaCO3：9-18.5。所述的BAS玻璃粉制备方法采用熔融法或烧结法：按照各原料的比例称取Al2O3、SiO2、BaCO3，放入球磨罐中，再加入蒸馏水，球磨混合均匀后，经烘干、过筛后，在1400-1600℃下保温1-2h进行熔融或烧结，经过粉碎制得粒度为1-10μm的BAS玻璃粉。本专利技术的BaO-Al2O3-SiO2基耐高温高发射涂层的制备方法如下：(1)涂层料浆的制备：按质量百分比称取BAS玻璃粉、辐射剂和助烧剂放入球磨罐中，加入固体粉料0.43-2.33倍质量份数的蒸馏水，经过球磨混合后得到涂层料浆；(2)涂层的制备：将涂层料浆通过刷涂或喷涂在基体上制备涂层，待涂层干燥后，在1400-1600℃保温20-60min进行烧结得到耐高温高发射涂层。对BAS基耐高温高发射涂层进行扫描电子显微镜(SEM)微观结构分析、X射线衍射(XRD)物相组成分析以及热膨胀系数、耐高温性、发射率性能的测试。本专利技术涉及一种制备BAS基耐高温高发射涂层方法，通过使用成本较低的原料SiO2、Al2O3和BaCO3制备出BAS玻璃粉；然后按照一定的比例将BAS玻璃粉、辐射剂以及助烧剂制成涂层料浆，将料浆刷涂或喷涂在基体上，经烧结制得表面平整具有光泽的涂层。此方法制得的涂层具有优良的耐高温性能、较高的发射率，其热膨胀系数可在较大范围内调节。基本性能为：耐温1500-1600℃；全法向发射率0.80-0.91；热膨胀系数2.24×10-6-7.41×10-6/k。附图说明图1为本专利技术实例1得到的BAS基耐高温高发射涂层的表面宏观图。图2为本专利技术实例1得到的BAS基耐高温高发射涂层的表面扫描图。图3为本专利技术实例1得到的BAS基耐高温高发射涂层的断面扫描图。图4为本专利技术实例1得到的BAS基耐高温高发射涂层的经过1600℃耐高温测试后的表面扫描图。图5为本专利技术实例1得到的BAS基耐高温高发射涂层的经过1600℃耐高温测试后的断面扫描图。具体实施方式实施例1：(1)制备BAS玻璃粉：按Al2O3、SiO2、BaCO3三者的总和为100g计算，分别称取14.5gAl2O3(14.5wt％)，18.5gBaCO3(18.5wt％)，67gSiO2(67wt％)放入球磨罐中混合均匀；将球磨后的混合料在120℃下烘干，过180目筛，在1400℃下保温2h烧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种BAS基耐高温发射涂层，其特征是采用BAS玻璃粉为粘结剂，加助烧剂、辐射剂制备耐高温高发射涂层，其中各个组分和质量百分比为：BAS玻璃粉：20‑69％；助烧剂：1‑10％；辐射剂：30‑70％。
【技术特征摘要】
1.一种BAS基耐高温发射涂层，其特征是采用BAS玻璃粉为粘结剂，加助烧剂、辐射剂制备耐高温高发射涂层，其中各个组分和质量百分比为：BAS玻璃粉：20-69％；助烧剂：1-10％；辐射剂：30-70％。2.如权利要求1所述的涂层，其特征是所述的助烧剂选择为B2O3、硅溶胶中的一种。3.如权利要求1所述的涂层，其特征是所述的辐射剂选择为MoSi2或MoSi2与TaSi2、SiC中的一种混合作为辐射剂；辐射剂中MoSi2的质量百分含量为30％-100％。4.如权利要求1所述的涂层，其特征是所述的BAS玻璃粉，其制备的原料选择为Al2O3、SiO2、BaCO3，其中各组分的质量百分比为：Al2O3∶7-14.5，SiO2∶67-84，BaCO3：9-18...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓雷，唐惠杰，季惠明，王萌，张弛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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