一种高能激光防护多层复合材料涂层结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高能激光防护多层复合材料涂层结构及其制造方法，属于高能强激光防护的技术领域。高能激光防护多层复合材料涂层结构包括，在金属基材上，由下至上依次喷涂的粘接层、隔热层、热疏散层和反射层；粘接层的热膨胀系数介于金属基材与隔热层之间；隔热层采用低热导率隔热材料；热疏散层采用高热导率材料；反射层采用高反射率的金属材料与高反射率陶瓷材料的混合。解决了反射型防护的熔点低，高温时易氧化；热烧蚀型防护产生明火造成质量缺失；隔热型防护导致涂层局部、基体材料热烧蚀破坏，降低热导率的问题。本发明专利技术在金属基材上依次喷涂粘接层、隔热层、热疏散层、反射层，有效的降低了基材的热相应速度。有效的降低了基材的热相应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种高能激光防护多层复合材料涂层结构及其制造方法


[0001]本专利技术涉及高能强激光防护的
，具体的涉及一种高能激光防护多层复合材料涂层结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着科技的不断进步，在防护设备上采用激光防护材料，以解决防护设备的激光安全与防护的问题。按照激光功率的密度不同，防护设备的防护类型分为软杀伤防护和硬杀伤防护：软杀伤防护主要用于实现光电设备或者人眼在低激光功率密度作用的条件下防护，广泛应用在薄膜材料的防护技术中；硬杀伤防护主要是针对高能激光武器的攻击对象，广泛应用在飞行器、导弹、卫星等装备上。
[0003]高能激光防护设备的结构为底部的金属基材和喷涂在基材上部的激光防护材料。随着高能激光防护要求的不断提高，目前激光防护材料的研究还存在一些不足。例如：
[0004]以金属材料为主的反射型防护，在金属基材的上部喷涂金属防护层，虽然对激光具有较高的反射能力，但因其熔点相对较低，高温时易发生氧化等缺点，限制了金属材料在高能激光防护领域中的应用。
[0005]以有机材料为主的热烧蚀型防护，在金属基材的上部喷涂有机材料防护层，但是其在耗散激光能量时，将伴随产生明火燃烧现象，造成明显的质量损失问题。
[0006]以热障涂层为主的隔热型防护，在金属基材的上部喷涂热障涂层防护层，材料自身的低热导率可达到降低基体温度的效果，但是，随着激光加载的时间延长，低的热导率使光斑作用区域因热量聚集而迅速升温，导致涂层局部甚至基体材料率先发生热烧蚀破坏，且热导率降低有限，致使防护效率低，防护效果差的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种高能激光防护多层复合材料涂层结构，以解决现有技术中存在的，以金属材料为主的反射型防护，熔点低，高温时易氧化；以有机材料为主的热烧蚀型防护，在耗散激光能量时产生明火燃烧现象，造成质量缺失的问题；以热障涂层为主的隔热型防护，随着激光记载的时间延长，低的热导率使光斑作用区域因热量聚集迅速升温，导致涂层局部、基体材料热烧蚀破坏，降低热导率，最终致使防护效率低，防护效果差的技术问题。
[0008]本专利技术提供的一种高能激光防护多层复合材料涂层结构，包括金属基材、粘接层、隔热层、热疏散层和反射层；
[0009]粘接层、隔热层、热疏散层、反射层由下至上依次喷涂在金属基材上；
[0010]粘接层的热膨胀系数介于金属基材的热膨胀系数与隔热层的热膨胀系数之间；
[0011]隔热层采用低热导率隔热材料；
[0012]热疏散层采用高热导率材料；
[0013]反射层采用高反射率的金属材料与高反射率陶瓷材料的混合。
[0014]进一步的，粘接层的材料为CoNiCrAlY、NiCrAlY、MCoAlY中的任意一种。
[0015]进一步的，隔热层的材料为LCZ、YSZ、Sm2Zr2O7、LaMgAll1O19中的任意一种。
[0016]进一步的，热疏散层的材料为金属材料。
[0017]进一步的，粘接层的厚度取值范围在0.1～0.4mm之间；
[0018]隔热层的厚度取值范围在0.1～0.5mm之间；
[0019]热疏散层的厚度取值范围在0.1～1.5mm之间；
[0020]反射层的厚度取值范围在0.1～0.5mm之间。
[0021]本专利技术提供还一种高能激光防护多层复合材料涂层结构的制造方法，包括如下步骤：
[0022]a.处理金属基材
[0023]对金属基材进行吹砂处理，吹砂压力的取值范围在0.3MPa～0.4MPa之间，吹砂距离的取值范围在100mm～120mm之间，砂子的颗粒度的取值为60 目；
[0024]b.喷涂粘接层
[0025]在金属基材的表面采用等离子喷涂的方式喷涂粘接层材料，喷涂时，送粉量的取值范围在40g/min～50g/min之间，喷涂粘接层材料的颗粒粒径的取值范围在20um～80um之间，喷涂距离的取值范围在100mm～120mm之间，喷涂厚度的取值范围在0.1mm～0.4mm之间，以形成粘接层；
[0026]c.喷涂隔热层
[0027]在粘接层的表面采用等离子喷涂的方式喷涂低热导率材料，喷涂时，送粉量的取值范围在40g/min～50g/min之间，低热导率材料的颗粒粒径的取值范围在20um～80um之间，喷涂距离的取值范围在60mm～90mm之间，喷涂厚度的取值范围在0.1mm～0.5mm之间，以形成隔热层；
[0028]d.喷涂热疏散层
[0029]在隔热层的表面采用等离子喷涂的方式喷涂热导流高的金属材料，喷涂时，送粉量的取值范围在40g/min～50g/min之间，高热导率材料的颗粒粒径的取值范围在20um～80um之间，喷涂距离的取值范围在100mm～120mm之间，喷涂厚度的取值范围在0.1mm～1.5mm之间，以形成热疏散层；
[0030]e.喷涂反射层
[0031]在热疏散层的表面采用等离子喷涂的方式喷涂金属或高反射率陶瓷形成的高反射层材料，喷涂时，送粉量的取值范围在40g/min～50g/min之间，高反射材料的颗粒粒径的取值范围在20um～80um之间，喷涂距离的取值范围在100mm～120mm之间，喷涂厚度的取值范围在0.1mm～0.5mm之间，以形成喷涂反射层。
[0032]进一步的，在步骤(d)中，等离子喷涂的方式采用火焰喷涂、电镀喷涂、电铸喷涂中的任意一种替代。
[0033]进一步的，在步骤(e)中，等离子喷涂的方式采用浆料涂刷的方式代替。
[0034]进一步的，涂刷厚度的取值范围在0.1mm～0.5mm之间。
[0035]相对于现有技术，本专利技术的高能激光防护多层复合材料涂层结构具有以下优势：
[0036]本专利技术采用由下至上依次喷涂在金属基材上的粘接层、隔热层、热疏散层、反射层的结构，上述组合方式，使整个复合材料形成多层结构；粘接层的热膨胀系数介于金属基材
的热膨胀系数与隔热层的热膨胀系数之间，以提高金属基材与隔热层之间的物理化学相容性，缓和热应力；隔热层采用低导热隔热材料，以阻挡高能激光热量向涂层内部传递，降低热量向金属基材传递；热疏散层采用高热导率材料，以便能够快速导热，以降低涂层表面温度，确保反射层在长时间激光辐照的过程中保持稳定；反射层采用高反射率的金属材料与高反射率陶瓷材料的混合方式，确保产品的表面处理工艺；采用上述的多层结构，有效的降低基材的热响应速度，提高了防护效率，防护效果好，有效的解决了现有技术的熔点低、高温易燃烧、热导率低，导致防护效率低，防护效果差的问题。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高能激光防护多层复合材料涂层结构，其特征在于，包括金属基材(100)、粘接层(200)、隔热层(300)、热疏散层(400)和反射层(500)；所述粘接层(200)、隔热层(300)、热疏散层(400)、反射层(500)由下至上依次喷涂在所述金属基材(100)上；所述粘接层(200)的热膨胀系数介于所述金属基材(100)的热膨胀系数与所述隔热层(300)的热膨胀系数之间；所述隔热层(300)采用低热导率隔热材料；所述热疏散层(400)采用高热导率材料；所述反射层(500)采用高反射率的金属材料与高反射率陶瓷材料的混合。2.根据权利要求1所述的高能激光防护多层复合材料涂层结构，其特征在于，所述粘接层(200)的材料为CoNiCrAlY、NiCrAlY、MCoAlY中的任意一种。3.根据权利要求1所述的高能激光防护多层复合材料涂层结构，其特征在于，所述隔热层(300)的材料为LCZ、YSZ、Sm2Zr2O7、LaMgAll1O19中的任意一种。4.根据权利要求1所述的高能激光防护多层复合材料涂层结构，其特征在于，所述热疏散层(400)的材料为金属材料。5.根据权利要求1所述的高能激光防护多层复合材料涂层结构，其特征在于，所述粘接层(200)的厚度取值范围在0.1～0.4mm之间；所述隔热层(300)的厚度取值范围在0.1～0.5mm之间；所述热疏散层(400)的厚度取值范围在0.1～1.5mm之间；所述反射层(500)的厚度取值范围在0.1～0.5mm之间。6.一种高能激光防护多层复合材料涂层结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：a.处理金属基材对金属基材(100)进行吹砂处理，吹砂压力的取值范围在0.3MPa～0.4MPa之间，吹砂距离的取值范围在100mm～120mm之间，砂子的颗粒度的取值为60目；b.喷涂粘接层在所述金属基材(100)的表面采用等离子喷涂的方式喷涂粘接层材料，喷涂时，送粉量的取值范围在40g/min～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘含洋，马壮，刘玲，唐占文，韩宇，
申请(专利权)人：天津爱思达航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：