多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层及制备制造技术

本发明专利技术涉及多孔隔热材料表面的耐高温高发射率硅化物‑玻璃杂化涂层及制备。其特征在于涂层的原料组分及各组分占原料总量的质量百分含量分别为：难熔金属硅化物45‑75％、玻璃18‑40％、六硼化硅1‑5％、硅粉5‑15％。采用料浆喷涂结合快速热处理工艺在多孔隔热材料表面制备得到。所述的涂层厚度为200‑300μm，室温发射率大于0.9(0.3‑2.5μm)，涂层能够在1500℃有氧环境中长期存在达50h，且发射率保持在0.85以上，改善了高发射率涂层在高温有氧环境中辐射性能衰减的特点。该方法设备简单，成本低廉，制备温度低，周期短，容易实现规模化生产，所制备的硅化物‑玻璃杂化涂层性能优异，有望应用于重复使用飞行器等先进武器装备的热防护系统和窑炉中耐火保温材料。

The surface of porous insulating material for high temperature resistant high emissivity silicide glass hybrid coating and preparation

The invention relates to a high temperature resistant surface porous thermal insulation material of high emissivity silicide glass hybrid coating and preparation. It is characterized in that the coating composition of raw materials and components accounted for the mass percentage of the total amount of raw material are: refractory metal silicide 45 75%, 18 40%, six glass silicon 1 5%, 5 15% powder. Slurry spraying and rapid heat treatment technology were used to prepare porous thermal insulation material. The coating thickness is 200 300 m, room temperature emission rate is greater than 0.9 (0.3 2.5 m), a 50h coating can exist for a long time in oxygen atmosphere at 1500 DEG C, and the emission rate remained above 0.85, improve the high emissivity coating in high temperature and radiation characteristics of the attenuation of oxygen environment. This method has the advantages of simple equipment, low cost, low preparation temperature, short cycle, easy realization of large-scale production, the silicide glass hybrid coating prepared with excellent performance, is expected to be applied to the thermal protection system of RLV and kiln and other advanced weapons of fire-resistant insulation materials.

【技术实现步骤摘要】
多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层及制备
本专利技术属于防隔热材料制备领域，具体涉及一种多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层的制备方法。
技术介绍
热辐射在航天热防护系统，窑炉节能，提高红外加热器热效率等诸多高温工程领域起着至关重要的作用。在航空航天领域，可重复使用飞行器不断地向着高马赫数和长航时的目标发展，然而当飞行器在高速再入过程中会遇到严重的气动加热问题，为了保障人员安全和设备的正常运行，飞行器必须采用表面为高发射率涂层，内部为低热导率多孔隔热材料的可重复性使用热防护系统。在窑炉节能领域，工业窑炉耗能约占总能量的40％，而窑炉的平均热效率仅为30％左右，严重威胁着世界工业的发展。通过在工业窑炉内壁涂上耐高温高发射涂层，加强辐射传热的功效，不仅能节约能耗，还能保护基材，延长工业窑炉的使用寿命，降低维护及生产成本。因此，开展多孔隔热材料表面高发射率涂层的研究，可为其工程化应用奠定材料和工艺技术基础，有望应用于重复使用飞行器等先进武器装备的热防护系统和窑炉中耐火保温材料。多孔隔热材料由于具有低密度、高温稳定性和低热导率等优异特性，被认为是能在超高温及各种恶劣环境中使用的隔热材料。可重复性飞行器使用的热防护系统表面可以通过高发射率涂层的辐射传热将热量辐射出去，内部使用的低热导率隔热材料能够阻止热量传递到内部结构。因此一种多孔纤维状陶瓷隔热材料表面的高发射率涂层亟待设计和开发出来。在追求涂层高发射率特性的同时，诸长时耐高温抗氧化性能同样需要考虑，然而单一的涂层组分很难满足这些综合性能。难熔金属硅化物(MoSi2、WSi2、TaSi2等)由于具有高熔点，合适的热膨胀系数，高硬度及良好的高温稳定性被研究与抗氧化涂层、提高难熔化合物致密性等领域。耐高温玻璃(B2O3-SiO2、Al2O3-B2O3-SiO2、BaO-Al2O3-SiO2，Y2O3-Al2O3-SiO2等)具有低的热膨胀系数，高温下合适的流动性和润湿性，容易封闭涂层在冷热冲击过程中产生的裂纹，是一种良好的高温密封材料和连接材料。目前制备难熔金属硅化物基涂层材料方法主要包括包埋法和等离子喷涂法，然而包埋法制备温度高(1800℃以上)、时间长(2小时)，不适合大规模生产；等离子喷涂法存在设备昂贵，效率低、制备成本高等不足。
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长时高温抗氧化性能不足，辐射性能减弱的缺点，提供了一种多孔隔热表面长时耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层的制备方法。该专利是南京工业大学所申请专利CN104591782B的进一步发展与深化。利用玻璃的高温软化及熔融的特点，采用料浆喷涂结合快速热处理方法在多孔纤维状隔热材料表面制备硅化物-玻璃杂化涂层。这种方法设备简单，成本低廉，制备温度低，周期短，容易实现规模化生产。本专利技术的技术方案为：一种多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层，其特征在于涂层的原料组分及各组分占原料总量的质量百分含量分别为：难熔金属硅化物45-75％、玻璃18-40％、六硼化硅1-5％、硅粉5-15％。优选上述的难熔金属硅化物为二硅化钼、二硅化钨或二硅化钽中的一种或几种。优选上述的玻璃为B2O3-SiO2玻璃、Al2O3-B2O3-SiO2玻璃、BaO-Al2O3-SiO2玻璃或Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃中的一种或几种；其中B2O3-SiO2玻璃中各组分及各组分的质量百分含量分别为SiO270-90％，Na2B4O7·10H2O10-30％；Al2O3-B2O3-SiO2玻璃中各组分及各组分的质量百分含量分别为Al2O35-10％，SiO265-80％，Na2B4O7·10H2O10-30％；BaO-Al2O3-SiO2玻璃中各组分及各组分的质量百分含量分别为BaO5-10％，Al2O35-10％，SiO265-75％，B2O310-20％；Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃中各组分及各组分的质量百分含量分别为Y2O335-45％，Al2O315-25％，SiO230-50％。本专利技术所制备的多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层的厚度在200-300μm之间，0.3-2.5μm波段涂层的室温总发射率达0.9以上，1500℃静态有氧环境中热处理50h后室温总发射率维持在0.85以上。本专利技术还提供了上述的多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层的方法，其具体步骤如下：(1)玻璃制备：分别称取不同质量百分比的玻璃原料，置于混料罐中，用磨机混合；待炉温升至1450-1650℃，将放有混合粉料的铂金坩埚置于炉中，保温4-6h，取出后放入水中急冷，得到耐高温玻璃熔块(2)将步骤(1)制备的玻璃熔块，放入振动磨中，破碎得到玻璃粉，放入干燥器中备用；(3)称取质量百分比为45-75％的难熔金属硅化物、18-40％的玻璃、1-5％的六硼化硅、5-15％的硅粉置于尼龙球磨罐中，以乙醇为溶液，加入分散剂，进行球磨混合处理，得到浆料；(4)用砂纸轻轻将多孔隔热材料打磨光滑，然后放入超声波清洗器中，用无水乙醇洗涤干净，于烘箱中干燥得基材备用；(5)涂层制备：采用料浆喷涂的方法将步骤(3)中的料浆喷涂到步骤(4)中的基材表面；(6)将喷涂好的试样干燥；然后将炉温升至1450-1550℃，将试样放入炉中，保温10-30min后，从炉中取出试样，从而得到多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层。优选上述步骤(2)中玻璃熔块破碎至颗粒大小为5-10μm的玻璃粉。优选上述步骤(3)中分散剂溶液为羧甲基纤维素溶液、聚丙烯酸胺溶液或硅溶胶溶液中的至少一种，其浓度一般为0.01-0.05g/mL；原料、乙醇与分散剂质量比为(1～2):1:(0.01～0.05)；球磨时所用磨球的材质选自氧化锆或刚玉中的至少一种；得到的浆料中的混合物颗粒大小为1-5μm。优选所述的多孔隔热材料为多孔纤维状氧化锆陶瓷或多孔纤维状莫来石陶瓷。优选步骤(5)中喷涂的压缩空气压力为3-5Mpa。优选步骤(6)中所述的喷涂好的试样干燥为：先将喷涂好的试样在35-60℃干燥6-12h，再在80-120℃下干燥2-6h。有益效果：(1)硅化物-玻璃杂化涂层渗透到多孔隔热材料内部，提高了一体化隔热材料的结合性能。涂层发射率＞0.9(0.3-2.5μm)，有利于辐射出由于气动加热产生的热量，大大减少了传递到系统内部结构的热量，提高了热防护系统的隔热效果。该涂层能够在1500℃有氧环境中长期温度存在达50h，且发射率保持在0.85以上，改善了高发射率涂层在高温有氧环境中辐射衰减的特点。(2)料浆喷涂结合快速热处理方法：设备简单，成本低廉，制备温度低，周期短，容易实现规模化生产。附图说明图1是实例1制得的硅化物-玻璃杂化涂层的实物图；图2是实例1制得的硅化物-玻璃杂化涂层截面形貌图；图3是实例1制得的硅化物-玻璃杂化涂层静态恒温氧化测试前后发射率曲线图。具体实施方式实例1(1)以二氧化硅(SiO2)和硼砂(Na2B4O7·10H2O)为原料，按照质量百分比为：90％、10％称量，将密封的装有混合料的容器置于棍磨机上混合12h，使原料混合均匀。然后将混合物放入铂金坩埚中，1500℃下保温5h，立即取出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物‑玻璃杂化涂层，其特征在于涂层的原料组分及各组分占原料总量的质量百分含量分别为：难熔金属硅化物45‑75％、玻璃18‑40％、六硼化硅1‑5％、硅粉5‑15％。

【技术特征摘要】
1.一种多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层，其特征在于涂层的原料组分及各组分占原料总量的质量百分含量分别为：难熔金属硅化物45-75％、玻璃18-40％、六硼化硅1-5％、硅粉5-15％。2.根据权利要求1所述的多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层，其特征在于所述的难熔金属硅化物为二硅化钼、二硅化钨或二硅化钽中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层，其特征在于所述的玻璃为B2O3-SiO2玻璃、Al2O3-B2O3-SiO2玻璃、BaO-Al2O3-SiO2玻璃或Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃中的一种或几种；其中B2O3-SiO2玻璃中各组分及各组分的质量百分含量分别为SiO270-90％，Na2B4O7·10H2O10-30％；Al2O3-B2O3-SiO2玻璃中各组分及各组分的质量百分含量分别为Al2O35-10％，SiO265-80％，Na2B4O7·10H2O10-30％；BaO-Al2O3-SiO2玻璃中各组分及各组分的质量百分含量分别为BaO5-10％，Al2O35-10％，SiO265-75％，B2O310-20％；Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃中各组分及各组分的质量百分含量分别为Y2O335-45％，Al2O315-25％，SiO230-50％。4.根据权利要求1所述的多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层，其特征在于涂层厚度在200-300μm之间，0.3-2.5μm波段涂层的室温总发射率达0.9以上，1500℃静态有氧环境中热处理50h后室温总发射率维持在0.85以上。5.一种制备如权利要求1所述的多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层的方法，其具体步骤如下：(1)玻璃制备：分别称取不同质量百分比...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓冬，邵高峰，蔡舒祺，崔升，吴晓栋，张弛，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32