陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜及制备方法，陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜，为单层复相结构，使用时覆于目标物体表面即可。所述薄膜为连续成膜的高温导电复合薄膜，主要组分含两种，以高导电金属材料作为低红外发射率组分，以陶瓷基复合材料用环境屏障涂层材料作为保护组分。经工艺优选后，该复合薄膜可实现1000℃高温空气环境下使用2h后，2

【技术实现步骤摘要】
陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜及制备方法


[0001]本专利技术属于红外隐身领域，涉及一种陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜及制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空工业的不断发展，军用航空燃气涡轮发动机的相关技术要求不断提高，陶瓷基复合材料因具有耐高温、低密度、抗氧化、高比强等性能优势，成为下一代高推重比航空燃气涡轮发动机热端部件(尾喷管等)的关键材料。随着现代军事探测技术的飞速发展，现代化战争中战机的生存受到了极大地挑战，隐身技术已经成为军事
的重要研究方向，红外隐身在隐身技术中占据着十分重要的地位，因此实现陶瓷基复合材料的红外隐身至关重要。
[0003]红外隐身是通过降低目标对外辐射红外线的强度使其低于红外探测器的灵敏度，降低目标被红外探测器探测到的概率。根据斯蒂芬
‑
玻尔兹曼定律：目标的红外辐射强度M＝εσT4(ε为红外发射率，σ为波尔兹曼常数，T为目标的表面温度)。可见，影响物体红外辐射能量的主要因素是物体的表面温度和红外发射率，所以实现红外隐身主要有两种技术途径：一是降低目标的表面红外发射率，二是控制目标的表面温度。
[0004]除此之外，燃气涡轮发动机热端部件工作时需要面对高温、水氧、热腐蚀等恶劣环境条件，使用温度常常超过1000℃。陶瓷基复合材料在应用时还要抵抗复杂环境的侵蚀，因此提高陶瓷基复合材料的耐高温、抗水氧腐蚀等耐环境性能也极其重要。
[0005]在军事装备领域，目前主流的红外隐身材料包括低红外发射率涂层和薄膜。低红外发射率涂层主要是依靠金属填料优异的导电性实现低红外发射率，但是燃气涡轮发动机热端部件工作时需要面对高温、水氧等恶劣环境条件，在这种环境下，金属材料容易氧化，电导率下降，失去了红外隐身的作用。专利CN 108913018 B公布一种耐高温红外低发射率涂料及其制备方法，使用铝/镍(Al/Ni)核壳颜料作为低发射率填料，该涂料兼具一定的耐温性，其最高使用温度不超过500℃。此外，低红外发射率薄膜主要分为金属薄膜和半导体薄膜。相应地，金属薄膜也很难满足高温应用的需求，而新型耐高温低发射率半导体氧化物及陶瓷材料包括掺锡氧化铟(ITO)和掺铝氧化锌(ZAO)等，在室温环境下可获得较低的发射率，但是在复杂高温环境下存在物质间扩散和材料性能不稳定等缺陷，难以稳定使用。专利CN 111321382 A公布了一种耐高温、抗氧化红外低发射率复合薄膜及其制备方法，使用高温导电陶瓷薄膜作为低发射率功能层，该薄膜兼具一定的耐温性，其最高使用温度不超过750℃。
[0006]类似以上，针对高温环境使用的低红外发射率材料，已经进行了大量的研究，但是截至目前，在已报到的研究成果中，可以在超过1000℃的环境中稳定使用的材料仍屈指可数。因此，对于航空燃气涡轮发动机热端部件用的陶瓷基复合材料，迫切需求一种能够在复杂高温环境下稳定工作，且具有低红外发射率的材料来满足航空航天飞行器的性能需求。
设计具有使用温度高、性能稳定的陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率涂层/薄膜将具有重要意义。

技术实现思路

[0007]要解决的技术问题
[0008]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜及制备方法。针对现有材料在恶劣工作环境下面临的种种问题，为弥补现有技术不足之处，本专利技术的复合薄膜可在1000℃以上高温、水氧环境中使用，兼具低红外发射率和耐高温、抗水氧的特性，且结构简单、易于制备。
[0009]技术方案
[0010]一种陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜，其特征在于由高导电金属材料和陶瓷基复合材料，在目标物体表面使用磁控溅射法混合均匀掺杂而成复合薄膜，其中高导电金属材料组分含量为30
‑
70vol.％。
[0011]所述高导电金属材料包括但不限于金、银、钛或铂。
[0012]所述陶瓷基复合材料用环境屏障涂层材料，包括但不限于莫来石、钡锶铝硅以及硅酸钇、硅酸钪或稀土硅酸盐。
[0013]一种制备所述陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0014]步骤1：将目标物体表面清洗干净后，固定于磁控溅射沉积载台；
[0015]步骤2：以金属和陶瓷靶材作为磁控溅射靶，溅射背景真空为低于8
×
10
‑1Pa；
[0016]步骤3：通入气氛为纯度大于等于99.99％的氩气，调整溅射气压至(3
‑
9)
×
10
‑1Pa，设定溅射功率为100
‑
400W；
[0017]步骤4：使用直流磁控溅射金属，采用射频磁控溅射陶瓷靶材，溅射30
‑
60分钟，溅射速率为10
‑
50nm/min，制备得到低红外发射率复合薄膜。
[0018]所述直流磁控溅射金属和射频磁控溅射陶瓷靶材的溅射速率取决于金属材料组分含量在30
‑
70vol.％之间的调控。
[0019]所述薄膜为连续成膜的高温导电复合薄膜，厚度≥100nm。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术提出的一种陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜及制备方法，陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜，为单层复相结构，使用时覆于目标物体表面即可。所述薄膜为连续成膜的高温导电复合薄膜，主要组分含两种，以高导电金属材料作为低红外发射率组分，以陶瓷基复合材料用环境屏障涂层材料作为保护组分。经工艺优选后，该复合薄膜可实现1000℃高温空气环境下使用2h后，2
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22μm的发射率小于0.1，兼具低发射率、耐高温、抗水氧等优异性能，且其制备工艺简单，操作简易。
[0022]为单层复相结构，其特征在于：以高导电金属材料作为低红外发射率组分，以陶瓷基复合材料用环境屏障涂层材料作为保护组分，使用时覆于目标物体表面。
[0023]本专利技术基于复合薄膜功能优势互补原理，首先利用高导电的金属材料作为低红外发射率功能组分，其次利用陶瓷基复合材料用环境屏障涂层材料，将其作为保护组分，以解决金属薄膜不耐氧化、水氧腐蚀的问题。两种组分相互补充，通过调控两种组分的相对比
例，控制低红外发射率组分含量在30
‑
70vol.％(最优含量的变化根据低红外发射率组分和保护组分的不同选择而变化)，最终实现低红外发射率和耐高温、抗水氧的协调统一，在保持低红外发射率的同时具有优异的耐高温、抗水氧特性。将其制备的复合薄膜作为航空燃气涡轮发动机热端部件的红外隐身材料，稳定工作于1000℃以上的高温、水氧环境中，且红外发射率均保持较低水平。
[0024]本专利技术提出的一种陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜及其制备方法，与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0025]1.本专利技术得到的陶瓷基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜，其特征在于由高导电金属材料和陶瓷基复合材料，在目标物体表面使用磁控溅射法混合均匀掺杂而成复合薄膜，其中高导电金属材料组分含量为30
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70vol.％。2.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜，其特征在于：所述高导电金属材料包括但不限于金、银、钛或铂。3.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜，其特征在于：所述陶瓷基复合材料用环境屏障涂层材料，包括但不限于莫来石、钡锶铝硅以及硅酸钇、硅酸钪或稀土硅酸盐。4.一种制备权利要求1～3任一项所述陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将目标物体表面清洗干净后，固定于磁控溅射沉积载台...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晓孟，李鑫，罗豪杰，刘永胜，叶昉，薛继梅，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：