【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高速飞行器总体设计领域，支撑装发共性技术项目。
技术介绍
1、美、俄等军事强国一直非常重视大功率激光器的研发，激光输出功率、发射口径在不断提升。激光到靶功率密度在逐渐接近结构、导引头等结构或功能部件的毁伤阈值。以美国典型舰载激光器为例，输出功率达300kw，发射镜孔径0.5m。通过理论分析，40km目标上的光斑直径约为210mm，到靶目标的平均功率密度约为0.1kw/cm2。随着激光输出功率(3mw)和发射口径的增大，到靶目标的平均功率密度达到3kw/cm2，连续输出能力达到几十秒，激光加热能力超过气动加热能力，且激光辐照区域增大至数百毫米量级，与过去进行的激光、流动等多物理场耦合毁伤效应的研究不同，此时应对的是大功率、大光斑、长时间激光辐照下的能量耦合以及较大范围的流动干扰问题，涉及激光辐照力热环境条件、辐照区域尺度效应，对飞行器抗激光能力带来挑战。因此开展抗激光辐照涂层方案设计对提升激光辐照下的飞行器生存能力具有重要意义。
2、国内外抗激光防护涂层主要关注表面反射、抗烧蚀温度、隔热效率等性能提升，目前涂层能够满足长时间激光功率密度0.5kw/cm2量级下的静态防护需求，但是对动态飞行条件下的抗激光防护能力关注比较少。一方面，需要通过抗激光辐照涂层制备工艺攻关，实现陶瓷基体与金属层状涂层的结合，并给出并不同陶瓷样件对应的抗激光烧蚀涂层最佳成分；另一方面，形成抗激光烧蚀涂层成分优选试验方法，并结合第一性原理计算获得最佳抗激光烧蚀涂层成分，使涂层抗烧蚀性能显著提高。
技术实现思
1、本专利技术解决的技术问题：本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，建立一种抗激光辐照涂层设计方法，填补我国在动态飞行条件下的抗激光防护涂层设计这一领域的技术空白，为提升激光辐照下的飞行器生存能力提供支持。
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、本专利技术公开了一种抗激光辐照涂层设计方法，包括如下步骤：
4、s1、获得制备高熵陶瓷的最低温度；
5、s2、根据所述制备高熵陶瓷的最低温度，利用硼碳热还原反应法，制备高熵陶瓷粉体；
6、s3、测试所述高熵陶瓷粉体的性能；
7、s4、根据所述高熵陶瓷粉体的性能，判断所述高熵陶瓷是否满足性能要求；若是，则进入步骤s5；若否，则进入步骤s2；
8、s5、将所述高熵陶瓷与不同涂层相结合，形成高熵陶瓷涂层；
9、s6、在所述高熵陶瓷涂层中引入金属掺杂相，得到金属掺杂相高熵陶瓷涂层；
10、s7，测试所述金属掺杂相高熵陶瓷涂层与基体的匹配相容性，测试所述金属掺杂相高熵陶瓷涂层是否成功制备，判断测试结果是否符合要求；若否，则进入步骤s5；若是，则进入步骤s8；
11、s8、通过电弧风洞试验，对所述金属掺杂相高熵陶瓷涂层进行抗激光辐照性能测试；若满足要求，则结束；若不满足要求，则返回步骤s2。
12、进一步地，在上述设计方法中，所述步骤s1中，结合热力学计算，获得制备高熵陶瓷的最低温度，具体方法：
13、根据陶瓷制备过程中使用到的原材料特性，梳理出可能发生的化学反应式；
14、根据所述化学反应式，通过热力学吉布斯自由能变和热力学平衡理论计算，得到自由能温度关系图和摩尔量温度关系图；
15、根据所述自由能温度关系图和摩尔量温度关系图，得到制备高熵陶瓷的最低温度。
16、进一步地，在上述设计方法中，根据所述制备高熵陶瓷的最低温度，利用硼碳热还原反应法，制备高熵陶瓷粉体，具体方法为：
17、取一定配比的tio2粉、zro2粉、hfo2粉、ta2o5粉和硼单质粉末，形成混合粉料；
18、将所述混合粉料转移到石墨坩埚中，置于高温气氛烧结炉中，在氩气中进行热处理；
19、随炉冷却至室温后，得到高熵陶瓷粉体。
20、进一步地，在上述设计方法中，所述陶瓷制备过程中使用到的原材料，具体为：按同配比的tio2粉、zro2粉、hfo2粉、ta2o5粉形成以上四类氧化物混合粉末，再将以上四类氧化物混合粉末与硼单质粉末混合均匀得到混合粉料，要求混合粉料中四类氧化物混合粉末与硼单质粉末的摩尔比为25％～35％。
21、进一步地，在上述设计方法中，所述化学反应式，具体为：
22、2hfo2 (s) + b4c (s) + 3c (s) → 2hfb2(s) + 4co (g)；
23、2zro2 (s) + b4c (s) + 3c (s) → 2zrb2(s) + 4co (g)；
24、2tio2 (s) + b4c (s) + 3c (s) → 2tib2(s) + 4co (g)；
25、cr2o3 (s) + b4c (s) + 2c (s) → 2crb2(s) + 3co (g)；
26、hfb2(s)+zrb2(s)+tib2(s)+crb2(s)→4(hf0.25zr0.25ti0.25cr0.25)b2(s)；
27、2hfo2(s)+2zro2(s)+2tio2(s)+cr2o3(s)+4b4c(s)+11c(s)→8(hf0.25zr0.25ti0.25cr0.25)b2(s)+15co(g)。
28、进一步地，在上述设计方法中，所述在氩气中进行热处理的温度为1500～1700℃，热处理时间不少于2h，升温速率保持5℃/min以上。
29、进一步地，在上述设计方法中，所述步骤s5中将高熵陶瓷与不同涂层相结合，形成高熵陶瓷涂层，具体为：
30、s51、配备酚醛树脂溶液；
31、s52、将所述高熵陶瓷粉体和碳化硅粉末按一定比例加入到酚醛树脂溶液中，磁力搅拌大于1h，制得高熵陶瓷浆料悬浮液；
32、s53、将碳碳复合材料在所述高熵陶瓷浆料悬浮液中循环浸渍提拉，并在红外干燥箱中干燥、固化，得到固化后高熵陶瓷材料；
33、s54、将所述固化后高熵陶瓷材料在管式电阻炉中进行碳化处理，得到高熵陶瓷预涂层；
34、s55、重复s53～s54，循环浸渍、提拉、干燥、固化和碳化处理至少6次；
35、s56、将循环处理后的高熵陶瓷预涂层，放入底部装有硅块的石墨坩埚中，进行气相渗硅，制备形成高熵陶瓷涂层。
36、进一步地，在上述设计方法中，所述s51中，配备酚醛树脂溶液，具体为：
37、取碳产量为y，重量为x克的酚醛树脂，溶解于z克丙酮中，搅拌形成酚醛树脂溶液；其中，x＝1～5，y＝30～70wt.％，z＝37～45。
38、进一步地，在上述设计方法中，所述步骤s6中在所述高熵陶瓷涂层中引入金属掺杂相，得到金属掺杂相高熵陶瓷涂层，具体方法为：
39、s61、将si、c、al2o3按一定比例混合形成包埋粉末；
40、s62、将所述包埋粉末，置于转速超过50r/min的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，获得制备高熵陶瓷的最低温度，具体方法：
3.根据权利要求1所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：根据所述制备高熵陶瓷的最低温度，利用硼碳热还原反应法，制备高熵陶瓷粉体，具体方法为：
4.根据权利要求2或3所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述陶瓷制备过程中使用到的原材料，具体为：按同配比的TiO2粉、ZrO2粉、HfO2粉、Ta2O5粉形成以上四类氧化物混合粉末，再将以上四类氧化物混合粉末与硼单质粉末混合均匀得到混合粉料，要求混合粉料中四类氧化物混合粉末与硼单质粉末的摩尔比为25％～35％。
5.根据权利要求4所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述化学反应式，具体为：
6.根据权利要求3所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述在氩气中进行热处理的温度为1500～1700℃，热处理时间不少于2h，升温速率保持5℃/min以上。
7.
8.根据权利要求7所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述S51中，配备酚醛树脂溶液，具体为：
9.根据权利要求1所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于，所述步骤S6中在所述高熵陶瓷涂层中引入金属掺杂相，得到金属掺杂相高熵陶瓷涂层，具体方法为：
10.根据权利要求9所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述将Si、C、Al2O3按一定比例混合形成包埋粉末，具体为：将60～80wt.％Si、15～25wt.％C、5～15wt.％Al2O3进行混合形成包埋粉末。
11.根据权利要求9所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述将密封坩埚放入高温热处理炉中进行热处理，具体为：在氩气中以5～10℃/min的升温速率升温至1900～2100℃，保温1～4h后随炉冷至室温。
...【技术特征摘要】
1.一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于，所述步骤s1中，获得制备高熵陶瓷的最低温度，具体方法：
3.根据权利要求1所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：根据所述制备高熵陶瓷的最低温度，利用硼碳热还原反应法，制备高熵陶瓷粉体，具体方法为：
4.根据权利要求2或3所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述陶瓷制备过程中使用到的原材料，具体为：按同配比的tio2粉、zro2粉、hfo2粉、ta2o5粉形成以上四类氧化物混合粉末，再将以上四类氧化物混合粉末与硼单质粉末混合均匀得到混合粉料，要求混合粉料中四类氧化物混合粉末与硼单质粉末的摩尔比为25％～35％。
5.根据权利要求4所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述化学反应式，具体为：
6.根据权利要求3所述的一种抗激光辐照涂层设计方法，其特征在于：所述在氩气中进行热处理的温度为1500～1700℃，热处理时间不...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚冉，王兆伟，秦云鹏，杨旸，崔智亮，雷建长，张永，赵大海，毛羽，辜天来，周添，罗健，费王华，陆宏志，赵帅，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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