纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层、制备方法及基体技术

本发明专利技术提供一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层、制备方法及基体，涂层由第一隔热内层和施加在其上的第二隔热外层组成，第一隔热内层包括无机氧化物溶胶和耐高温氧化物，无机氧化物溶胶主要成分与基体主要成分一致，耐高温氧化物粒径与纳米多孔隔热材料的纳米孔径的差值绝对值不超过50nm；第二隔热外层包括无机氧化物溶胶、高发射率组分和含金属氧化物硅酸盐。方法包括：将第一隔热内层的各组分混合后涂覆到基底表面，干燥后再将第二隔热外层的各组分混合后涂覆到其上，干燥后固化。本发明专利技术能够解决目前多孔隔热材料表面涂层所存在的：耐温性能与基体不匹配、制备过程中需要高温烧结成本高、涂层与基体结合力差易脱落以及无法长期高温使用问题。

High temperature resistant coating on the surface of nano porous thermal insulation material, preparation method and matrix

【技术实现步骤摘要】
纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层、制备方法及基体
本专利技术涉及涂料
，尤其涉及一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层、制备方法及基体。
技术介绍
气动加热问题已经成为航天飞行器的马赫数提高的重要制约问题：飞行器在飞行过程中，机身与大气层剧烈摩擦会产生大量的热量，局部最高温度可达1600℃以上，高温会严重氧化、腐蚀一般的金属、非金属材料，解决途径之一是采取热防护结构，在外部加上热防护体，例如：纳米多孔隔热材料，但纳米多孔隔热材料因自身结构、性能的约束，强度较差，给实际应用中带来一定的困难。为了增强热防护体的表面强度以及提高热防护效率，通常会在防护体表面涂覆隔热涂层，当外界温度较高时，以减小基体的热载荷。但是，目前应用在多孔隔热材料表面的涂层存在以下问题：耐温性能与基体不匹配、制备过程中需要高温烧结成本高、涂层与基体结合力差易脱落以及无法长期高温使用等问题。
技术实现思路
在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本专利技术的目的在于提供一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层及其制备方法，以解决目前应用在多孔隔热材料表面的涂层所存在的：耐温性能与基体不匹配、制备过程中需要高温烧结成本高、涂层与基体结合力差易脱落以及无法长期高温使用等技术问题。r>本专利技术的技术解决方案为：根据第一方面，提供一种用于纳米多孔材料基体的耐高温涂层，所述涂层由第一隔热内层和施加在所述第一隔热内层上的第二隔热外层组成，其中，所述第一隔热内层组成包括无机氧化物溶胶和耐高温氧化物，其中，所述无机氧化物溶胶主要成分与所述基体主要成分一致，所述耐高温氧化物粒径与所述纳米多孔隔热材料的纳米孔径的差值绝对值不超过50nm；所述第二隔热外层组成包括所述无机氧化物溶胶、高发射率组分和含金属氧化物硅酸盐，其中，所述高发射率组分用于将基体表面热量以辐射的形式散发出去。进一步地，所述基体主要成分为硅铝氧化物；所述无机氧化物溶胶为硅铝复合溶胶，所述硅铝复合溶胶的溶质质量分数为20～80％。进一步地，所述耐高温氧化物选自纳米Al2O3、纳米ZrO2、纳米SiO2、Al2O3纤维、石英纤维中的一种或多种。进一步地，所述高发射率组分选自MoSi2、SiB4、SiB6、SiC、Cr2O3、TiO2中的一种或几种。进一步地，所述含金属氧化物硅酸盐为铝硅酸盐，所述铝硅酸盐的粒径为5～20μm。进一步地，所述第一隔热内层还包括第一助剂，所述第一助剂由聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛和乙醇组成；所述第二隔热外层还包括第二助剂，所述第二助剂为高分子分散剂。进一步地，所述第一隔热内层按重量份组成为：45～75％的无机氧化物溶胶，40～65％耐高温氧化物，5～15％第一助剂。进一步地，所述第二隔热外层按重量份组成为：40～70％的无机氧化物溶胶、15～25％高发射率组分、40～55％含金属氧化物硅酸盐、5～15％第二助剂。根据第二方面提供，提供一种纳米多孔隔热材料基体表面的耐高温涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1、对所述基体表面进行预处理；步骤2、将所述第一隔热内层的各组分混合后涂覆到所述基底表面，干燥后得到第一隔热内层；再将所述第二隔热外层的各组分混合后涂覆到所述第一隔热内层的表面，干燥后进行固化即可。根据第三方面提供一种纳米多孔材料基体，在所述基体表面涂覆上述的耐高温涂层。应用上述技术方案，采用纳米多孔隔热材料基体表面梯度分布的双层的耐高温涂层的涂层体系，其中，通过各层的组分选择，使得内层与基体表面之间以及内层与外层之间的结合强度高，从而解决了基体与外层不匹配等问题，而且上述设计的外层又对内层起保护作用，从而保证了涂层的长期高温使用，此外，通过各层的组分选择还实现了两层之间的协同效应，保证了整体的耐高温性。具体的，内层涂层的组分包括无机氧化物溶胶和耐高温氧化物，其中的耐高温氧化物的粒径与基体表面纳米孔尺寸相近，差值设定在特定范围，能够提高内层与基体的匹配性；外层涂层组分包括所述无机氧化物溶胶、高发射率组分和含金属氧化物的硅酸盐，其中的含金属氧化物的硅酸盐一方面提高了涂层固化后的强度，对内层起到物理防护作用，另一方面该组分不需要高温固化即可发挥作用，极大简化工艺流程，其中的高发射率组分能够帮助基体辐射一部分热量，从而一定程度上减轻基体的热负荷，上述外层的两组分协同配合保证了了涂层的长期高温使用；同时，内层与外层涂层均采用相同的无机氧化物溶胶作为连续相，该溶胶能够作为过渡相较好地连接基体与内层以及内层与外层，从而解决基体与外层之间热膨胀系数不匹配等匹配性问题。此外，本专利技术涂层制备过程相对简单、能耗小、成本低，所制得的涂层可长期耐受1200℃高温，且涂层与基体结合力强、不易脱落，拓宽了纳米多孔隔热材料的实际应用。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本专利技术。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本专利技术。在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。正如
技术介绍
所提到的，基于纳米多孔隔热材料应用的需求，为了提高其耐温性和结构强度，通常容易想到在其表面涂覆一层涂层防护层，而现有的涂层存在问题：耐温性能与基体不匹配、制备过程中需要高温烧结成本高、涂层与基体结合力差易脱落以及无法长期高温使用等问题。基于该问题，本专利技术实施例第一方面提供了一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层，所述涂层由第一隔热内层(下面称为内层)和施加在所述第一隔热内层上的第二隔热外层(下面称为外层)组成，其中，所述第一隔热内层包括无机氧化物溶胶和耐高温氧化物，其中，所述无机氧化物溶胶主要成分与所述基体主要成分一致，所述耐高温氧化物粒径与所述纳米多孔隔热材料的纳米孔径的差值绝对值不超过50nm；所述第二隔热外层包括所述无机氧化物溶胶、高发射率组分和含金属氧化物的硅酸盐，其中，所述高发射率组分用于将基体表面热量以辐射的形式部分散发出去。本专利技术实施例采用纳米多孔隔热材料基体表面梯度分布的双层的耐高温涂层的涂层体系，其中，内层涂层组分包括无机氧化物溶胶和耐高温氧化物，其中的耐高温氧化物的粒径与基体表面纳米孔尺寸相近，差值设定在特定范围，能够提高内层与基体的匹配性；外层涂层组分包括所述无机氧化物溶胶、高发射率组分和含金属氧化物的硅酸盐，其中的含金属氧化物硅酸盐一方面提高了涂层固化后的强度，对内层起到物理防护作用，另一方面该组分不需要高温固化即可发挥作用，极大简化工艺流程，其中的高发射率组分能够帮助基体辐射一部分热量，从而一定程度上减轻基体的热负荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层，其特征在于，所述涂层由第一隔热内层和施加在所述第一隔热内层上的第二隔热外层组成，其中，所述第一隔热内层包括无机氧化物溶胶和耐高温氧化物，其中，所述无机氧化物溶胶主要成分与所述基体主要成分一致，所述耐高温氧化物粒径与所述纳米多孔隔热材料的纳米孔径的差值绝对值不超过50nm；所述第二隔热外层包括所述无机氧化物溶胶、高发射率组分和含金属氧化物硅酸盐，其中，所述高发射率组分用于将基体表面热量以辐射的形式散发出去。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层，其特征在于，所述涂层由第一隔热内层和施加在所述第一隔热内层上的第二隔热外层组成，其中，所述第一隔热内层包括无机氧化物溶胶和耐高温氧化物，其中，所述无机氧化物溶胶主要成分与所述基体主要成分一致，所述耐高温氧化物粒径与所述纳米多孔隔热材料的纳米孔径的差值绝对值不超过50nm；所述第二隔热外层包括所述无机氧化物溶胶、高发射率组分和含金属氧化物硅酸盐，其中，所述高发射率组分用于将基体表面热量以辐射的形式散发出去。


2.根据权利要求1所述的一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层，其特征在于，所述基体主要成分为硅铝氧化物；所述无机氧化物溶胶为硅铝复合溶胶，所述硅铝复合溶胶的溶质质量分数为20～80％。


3.根据权利要求1所述的一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层，其特征在于，所述耐高温氧化物选自纳米Al2O3、纳米ZrO2、纳米SiO2、Al2O3纤维、石英纤维中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层，其特征在于，所述高发射率组分选自MoSi2、SiB4、SiB6、SiC、Cr2O3、TiO2中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的一种纳米多孔隔热材料基体表面耐高温涂层，其特征在于，所述含金属氧化物硅酸盐为铝硅酸盐，所述铝硅酸盐的粒径为5～20μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秀波，张凡，李健，赵英民，李文静，
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