本发明专利技术公开了一种可涂覆于非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面的环境障‑红外隐身一体化涂层，所述涂层为多层叠加结构，所述多层叠加结构由内至外依次包括硅黏结层、抗氧化层以及低红外发射率/封填层，所述抗氧化层为莫来石单涂层或莫来石/BSAS复合涂层，所述低红外发射率/封填层为含有贵金属填料的Bi2O3‑ZnO系玻璃涂层。本发明专利技术还相应提供一种带涂层复合材料及其制备方法。本发明专利技术的环境障‑红外隐身一体化涂层采用多层叠加结构，各功能层的热膨胀系数缓慢递变，减弱了各层间的热失配，可以赋予涂层优异的抗热冲击性能。
An Environmental Barrier-Infrared Stealth Integrated Coating and Coated Composite Material and Its Preparation Method
【技术实现步骤摘要】
一种环境障-红外隐身一体化涂层、带涂层复合材料及其制备方法
本专利技术属于功能涂层及复合材料领域，尤其涉及一种复合涂层、带涂层复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着航空航天、军事侦察与制导技术的飞速发展，发动机、高速飞行器等装备对热结构材料提出了新的、更高的要求，具体表现在几个方面：(1)轻量化：高速飞行器与发动机热结构材料的轻量化可以提高装备的航程和有效载荷，提升经济与军事效益；(2)高温化：发动机推重比和飞行器飞行速度的提升，要求热结构材料可以耐受更高的温度；(3)长寿命化：可重复使用高速飞行器与航空发动机要求热结构材料在高温长时工况下性能不退化，仍然具有较高的可靠性；(4)隐身化：飞行器与发动机高温部位红外辐射特性显著，易被红外预警与红外制导系统侦察与打击，因此对热结构材料的红外隐身性能提出了新的要求。非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料(主要包括碳纤维、碳化硅纤维增强的碳基、碳化硅基、氮化硅基等复合材料体系)具有耐高温、低密度、高强度等优异特性，将之替代金属材料后，可以满足发动机、高速飞行器对热结构材料的轻量化与高温化要求，是目前热结构材料的重要发展趋势。但此类材料的纤维、基体或者界面相容易在高温富氧、水汽条件发生氧化，材料性能严重下降，难以满足热结构材料的长寿命要求；同时该类材料的红外发射率较高(红外发射率>0.7)，不具备红外隐身功能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种具有与陶瓷基复合材料热匹配性好、耐高温、高温抗氧化、低氧渗透系数、低红外发射率特点环境障-红外隐身一体化涂层、带涂层复合材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种可涂覆于非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面的环境障-红外隐身一体化涂层，所述涂层为多层叠加结构，所述多层叠加结构由内至外依次包括硅黏结层、抗氧化层以及低红外发射率/封填层，所述抗氧化层为莫来石单涂层或莫来石/BSAS复合涂层(莫来石/BSAS复合涂层由在下的莫来石涂层和在上的BSAS涂层组成)，所述低红外发射率/封填层为含有贵金属填料的Bi2O3-ZnO系玻璃涂层。上述BSAS的分子式为(1-x)BaO·xSrO·Al2O3·2SiO2，0≤x≤1。上述Bi2O3-ZnO系玻璃涂层具备低红外发射率特性，且可以进一步封填抗氧化层存在的少量孔隙，进一步增强一体化涂层的抗氧化与抗水汽性能。本专利技术中Bi2O3-ZnO系玻璃涂层能够烧结在抗氧化层表面，同时与跟抗氧化层的热膨胀系数相匹配。上述我们优选的抗氧化层与优选的Bi2O3-ZnO系玻璃涂层之间相互配合关系好，得到的一体化涂层的具备耐高温、高温抗氧化、低氧渗透系数、低红外发射率等特点。上述一体化涂层中，优选的，所述低红外发射率/封填层中的贵金属填料为Ag、Pd、Au和Pt中的一种或者多种的合金。上述一体化涂层中，优选的，所述Bi2O3-ZnO系玻璃涂层的玻璃相原料以重量份计包括以下组分：Bi2O360-85份；ZnO10-20份；SiO21-3份；B2O32-5份。上述Bi2O3-ZnO系玻璃涂层的玻璃相原料可保证Bi2O3-ZnO系玻璃涂层与抗氧化层之间的相互配合关系，以得到综合性能更优异的一体化涂层。上述一体化涂层中，优选的，所述Bi2O3-ZnO系玻璃涂层中玻璃相与贵金属填料的质量比为(8-20)：(80-92)。上述一体化涂层中，优选的，所述硅黏结层的厚度控制为50-100μm；所述莫来石单涂层的厚度为100-200μm，所述莫来石/BSAS复合涂层中，莫来石层的厚度为50-100μm，BSAS层的厚度为50-100μm；所述低红外发射率/封填层的厚度为5-50μm。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种带涂层复合材料，包括非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料以及涂覆于所述非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面的涂层，所述涂层为上述的环境障-红外隐身一体化涂层。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述带涂层复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面进行喷砂处理；(2)采用大气等离子喷涂工艺在步骤(1)中处理后的非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面喷涂硅黏结层；(3)采用大气等离子喷涂工艺在步骤(2)中得到硅黏结层表面喷涂抗氧化层；(4)将玻璃相原料与贵金属填料混合制备得到涂料，采用丝网印刷工艺或将涂料稀释后采用常压喷涂工艺将涂料涂覆在抗氧化层表面，经流平、干燥、烧结工艺后即得到带涂层复合材料。上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，喷砂处理时的工艺参数为：气压控制为0.1-0.4MPa，喷砂距离为100-150mm，砂子粒径为40-120目；所述步骤(2)中，等离子喷涂工艺的参数为：Ar的通气流量为20-46L/min，H2的通气流量为4-10L/min，送粉气流Ar为2.5-3.2L/min，送粉量10％-30％，电流大小控制为500-600A，功率为30-40kW，喷涂距离为100-150mm；所述步骤(3)中，等离子喷涂抗氧化层时，喷涂莫来石涂层的工艺参数为：Ar的通气流量为20-40L/min，H2的通气流量5-12L/min，送粉气流Ar为2.5-5L/min，送粉量10％-30％，电流大小控制为500-600A，功率为30-42kW，喷涂距离为100-150mm；喷涂BSAS涂层的工艺参数为：Ar的通气流量为20-50L/min，H2的通气流量为5-12L/min，送粉气流Ar为2.5-3.2L/min，送粉量10％-30％；电流大小控制为500-600A，功率为30-42kW，喷涂距离为100-150mm。上述制备方法中，优选的，所述步骤(4)中的涂料制备过程包括以下步骤：①将包含Bi2O3、ZnO、SiO2、B2O3的玻璃相原料粉体混合均匀，装入铂坩埚中，再置于马弗炉中进行高温熔炼，将熔化后的玻璃熔体倒入去离子水中进行淬冷获得玻璃渣，将得到的玻璃渣进行球磨，烘干，过筛，得到玻璃粉；所述高温熔炼过程的工艺条件为：熔炼温度为1400-1600℃，熔炼保温时间为1-3h；所述球磨工艺是在玛瑙球磨罐中进行，以酒精为球磨介质，球料比为(2-3)∶1，球磨转速为380-450r/min，球磨时间为4-8h；②将玻璃粉与贵金属填料在行星式重力搅拌机中混匀，再添加至有机载体中搅拌均匀后，在通过三辊研磨机轧制即得到所述涂料；其中，玻璃粉与贵金属填料的总质量分数占75-80％，有机载体的质量分数占20-25％；所述行星式重力搅拌机的公转速度1280-1500rpm，自转速度为30-60％，搅拌时间30-120min；所述三辊研磨机的转速为250-450r/min，研磨混料时间为10-30min；所述有机载体主要由柠檬酸三丁酯、硝酸纤维素和卵磷脂组成，三者在有机载体中的质量百分数分别为：柠檬酸三丁酯：70-80％；硝酸纤维素：2-10％；卵磷脂：10-20％；制备得到的涂料的粘度控制为170-300Pa·s。上述制备方法中，优选的，所述步骤(4)中，常压喷涂工艺用到的稀释剂为二乙二醇二丁醚，稀释后控制涂料的粘度为15-20s；干燥时控制干燥温度为125-150℃，干燥本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可涂覆于非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面的环境障‑红外隐身一体化涂层，所述涂层为多层叠加结构，其特征在于，所述多层叠加结构由内至外依次包括硅黏结层、抗氧化层以及低红外发射率/封填层，所述抗氧化层为莫来石单涂层或莫来石/BSAS复合涂层，所述低红外发射率/封填层为含有贵金属填料的Bi2O3‑ZnO系玻璃涂层。
【技术特征摘要】
1.一种可涂覆于非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面的环境障-红外隐身一体化涂层，所述涂层为多层叠加结构，其特征在于，所述多层叠加结构由内至外依次包括硅黏结层、抗氧化层以及低红外发射率/封填层，所述抗氧化层为莫来石单涂层或莫来石/BSAS复合涂层，所述低红外发射率/封填层为含有贵金属填料的Bi2O3-ZnO系玻璃涂层。2.根据权利要求1所述的一体化涂层，其特征在于，所述低红外发射率/封填层中的贵金属填料为Ag、Pd、Au和Pt中的一种或者多种的合金。3.根据权利要求1所述的一体化涂层，其特征在于，所述Bi2O3-ZnO系玻璃涂层的玻璃相原料以重量份计包括以下组分：Bi2O360-85份；ZnO10-20份；SiO21-3份；B2O32-5份。4.根据权利要求1所述的一体化涂层，其特征在于，所述Bi2O3-ZnO系玻璃涂层中玻璃相与贵金属填料的质量比为(8-20)：(80-92)。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一体化涂层，其特征在于，所述硅黏结层的厚度控制为50-100μm；所述莫来石单涂层的厚度为100-200μm，所述莫来石/BSAS复合涂层中，莫来石层的厚度为50-100μm，BSAS层的厚度为50-100μm；所述低红外发射率/封填层的厚度为5-50μm。6.一种带涂层复合材料，其特征在于，包括非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料以及涂覆于所述非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面的涂层，所述涂层为权利要求1-5中任一项所述的环境障-红外隐身一体化涂层。7.一种如权利要求6所述的带涂层复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面进行喷砂处理；(2)采用大气等离子喷涂工艺在步骤(1)中处理后的非氧化物纤维增强非氧化物陶瓷基复合材料表面喷涂硅黏结层；(3)采用大气等离子喷涂工艺在步骤(2)中得到硅黏结层表面喷涂抗氧化层；(4)将玻璃相原料与贵金属填料混合制备得到涂料，采用丝网印刷工艺或将涂料稀释后采用常压喷涂工艺将涂料涂覆在抗氧化层表面，经流平、干燥、烧结工艺后即得到带涂层复合材料。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，喷砂处理时的工艺参数为：气压控制为0.1-0.4MPa，喷砂距离为100-150mm，砂子粒径为40-120目；所述步骤(2)中，等离子喷涂工艺的参数为：Ar的通气流量为20-46L/min，H2的通气流量为4-10L/min，送粉气流Ar为2.5-3....
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海韬，黄文质，孙逊，黄丽华，甘霞云，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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