[发明专利]一种高发射率玻璃釉料以及由该釉料制备高发射率涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及釉料涂层材料和在基体上尤其是在陶瓷纤维刚性隔热瓦上制备釉料涂层的方法。

背景技术

使用轻质刚性陶瓷隔热瓦作为飞行器的热防护材料时，一般会在轻质多孔的隔热瓦外表面复合一层高发射率涂层。高发射率涂层可以将飞行过程中产生的气动热的绝大部分辐射回背景空间。此外该涂层还起到表面增强、抗冲刷和防水的作用。

美国专利4093771号揭示了一种高反应活性的反应固化玻璃粉(Reaction Cured Glass,RCG)及以RCG为原料的玻璃涂层的制备方法。这种玻璃釉料适合于作为轻质陶瓷瓦洛克希德隔热材料(Lockheed Insulation,LI，美国专利3952083号)的表面涂层使用。典型的RCG涂层配方由97.5质量％的高活性反应固化玻璃粉与2.5质量％四硼化硅助熔剂组成，烧结温度为1150℃，烧结时间为1.5小时。然而，RCG玻璃涂层抗冲击性能差，长时间使用温度不超过1260℃。

美国专利5079082号公布了一种强韧化的单片的纤维隔热材料(Toughened Uni-piece Fibrous Insulation,TUFI)的制备方法。该专利在RCG玻璃涂层的基础上增加了四硼化硅粉作为涂层烧结助剂。通过减小涂层浆料中颗粒的粒径，使得喷涂涂层浆料时涂层物质更多地渗入到纤维基体中，从而形成梯度的纤维增强复合材料。典型的TUFI涂层配方为77.5质量％RCG玻璃粉、2.5质量％四硼化硅烧结助剂和20质量％二硅化钼高发射率物质。烧结温度为1220℃，烧结时间为90分钟。TUFI涂层比RCG玻璃涂层抗冲击性能大幅度提高，目前作为航天飞机隔热瓦和X-37、X-43、X-51等飞行器隔热瓦表面涂层的主要方案广泛使用。TUFI涂层的长期使用温度不超过2600℉(1425℃)，尚不能满足飞行器的端头帽、翼前缘等极端高温区域的隔热需求。TUFI涂层与各种牌号的刚性隔热瓦基体都能很好地匹配复合。典型的刚性隔热瓦基体包括LI-900及LI-2200(美国专利3952083号)、FRCI(美国专利4148962号)、HTP(R.P.Banas等,Thermophysical and Mechanical Properties of the HTP Family of Rigid Ceramic Insulation Materials,AIAA-85-1055)、AETB(D.B.Leiser et.,al.,Options for Improving Rigidized Ceramic Heatshie

lds,Ceramic Engineering and Science Proceedings,6,No.7-8,pp.757-768,1985)以及BRI(美国专利6716782B2号)。

美国专利7767305B1公布了一种高效钽基陶瓷材料(High Efficiency Tantalum-based Ceramics,HETC)的制备方法。典型的HETC涂层配方为35质量％TaSi2,20质量％MoSi2,2.5质量％SiB6和52.5质量％RCG玻璃粉。烧结温度为1220℃，烧结时间90分钟。HETC涂层配方中TaSi₂、MoSi₂及RCG玻璃粉的相对比例可以根据刚性隔热瓦基体的线膨胀系数、发射率指标要求和耐温性指标要求优化设计。HETC涂层不仅适用于上述氧化物陶瓷纤维刚性隔热瓦，也适用于碳纤维基体的刚性隔热瓦。

我国从上世纪80年代开始，开展了刚性陶瓷隔热瓦纤维基体的研制工作。山东工业陶瓷研究设计院(中国专利公开号CN101691138A)公布了一种航天飞机隔热瓦的制备方法。这种航天飞机隔热瓦由50质量％至95质量％的石英纤维、5质量％至50质量％的氧化铝纤维以及0至5质量％的氮化硼粉末烧结剂组成。该专利公布的隔热瓦涂层配方中含有大量碱金属与碱土金属离子，高温下涂层粘度显著降低，限制了隔热瓦的使用温度。航天材料及工艺研究所(中国专利公开号CN 102199042A)公布了一种轻质刚性陶瓷隔热瓦的组成及其制备方法。该种刚性陶瓷隔热瓦由50质量％至100质量％的石英纤维和0质量％至50质量％的莫来石纤维组成，添加陶瓷纤维质量0.01至15质量％的氮化硼粉末烧结剂，同时添加陶瓷纤维质量0至20质量％的碳化硅粉末作为抗红外辐射剂。