[发明专利]一种HfO2

说明书

本发明公开了一种HfO₂/HfB₂复合高红外发射率陶瓷涂层及其制备方法。以HfO₂和B₄C为原料，加去离子水与粘结剂研磨混合，然后喷雾造粒、筛分得HfO₂/B₄C复合团聚粉末；利用大气等离子喷涂工艺，将复合团聚粉末直接喷涂到待喷涂件表面，大气等离子喷涂工艺中，离子气的辅助气体含有H₂，喷涂过程中，原料与H₂反应生成HfB₂、CO₂和水蒸气，气体溢出，即得HfO₂/HfB₂复合高红外发射率陶瓷涂层。该陶瓷涂层制备工艺简单，可在喷涂过程中直接得到，无需另外添加还原剂，无需高温焙烧过程，合成时间短，能耗低，所得陶瓷涂层纯度高，红外发射率高，满足～2000℃超高温真空环境下应用。

技术领域

本发明属于红外热辐射涂层技术领域，具体涉及一种HfO₂/HfB₂复合高红外发射率陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

火箭发动机是航天飞行器的核心动力装置。发动机在向高推重比和高比冲发展的过程中，其推力室温度也在不断提高。据报道，目前最先进的Re-Ir火箭发动机其推力室温度超过 2000℃。为保证发动机的稳定性，防止推力室过热甚至烧损，就需要提升其散热性能。常用的发动机的冷却方式有液膜冷却和辐射冷却两种，但冷却液膜的低效燃烧会严重影响发动机的性能，降低其比冲。热辐射是太空中唯一的热传递方式。大力发展辐射散热对提高发动机性能和保障其稳定性有着重要意义。然而，传统的红外热辐射涂层材料难以满足如此高的服役温度条件，如Ni-Cr尖晶石涂层超过1600℃会发生金属元素升华挥发现象，从而导致涂层失效。HfO₂熔点为2758℃，是一种经典的耐高温氧化物，其线膨胀系数与火箭发动机推力室高温合金Re、Ir等材料接近，且高温下相变体积变化小，具有良好的热匹配性，十分适合作为耐高温高发射率涂层的骨架材料。但HfO₂具有宽禁带，近红外波段发射率较低，需要改性提高。HfB₂熔点为3380℃，具有优良的热化学稳定性，在2200℃以下有一定的抗氧化性能，并拥有良好抗热震性能，能在高温下保持很高的强度，且在近红外波段有较好的红外辐射性能，被广泛应用于耐磨涂层、耐火材料、航空航天热保护等领域，故考虑将其作为掺杂剂以增强HfO₂的红外热辐射性能，但是HfB₂本身价格昂贵，其制备过程复杂，成本高，且易混入难以去除的杂质，限制了其与HfO₂的复合应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种HfO₂/HfB₂复合高红外发射率陶瓷涂层及其制备方法。该陶瓷涂层制备工艺简单，可在喷涂过程中直接得到陶瓷涂层，无需另外添加还原剂，无需高温焙烧过程，合成时间短，能耗低，所得陶瓷涂层纯度高，抗氧化性好、热稳定性高、红外发射率高，满足～2000℃超高温真空环境下应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种HfO₂/HfB₂复合高红外发射率陶瓷涂层，以HfO₂为基相，HfB₂为复合相；通过以HfO₂和B₄C为原料，在大气等离子喷涂工艺过程中进行原位反应制备得到，其中大气等离子喷涂工艺离子气的辅助气体中含有H₂。

按上述方案，所述陶瓷涂层厚度为15～60μm。

按上述方案，按质量百分比计，HfO₂占HfO₂和B₄C总质量的85～98％，B₄C占HfO₂和B₄C总质量的2％～15％。