[发明专利]一种兼具低热导率和高红外发射率的陶瓷材料、陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种兼具低热导率和高红外发射率的陶瓷材料、陶瓷涂层及其制备方法，属于陶瓷涂层材料制备技术领域。该陶瓷材料由HfO₂和Sm₂O₃通过高温固相反应合成，同时具有低热导率和高红外发射率的特点。本发明的陶瓷涂层通过等离子喷涂技术制备，在室温至1000℃范围，其热导率为0.60~0.75 W/(m·K)，在室温至600℃范围内在8~14μm波段的中红外波段的发射率为0.90~0.95。

技术领域

本发明属于陶瓷涂层材料制备技术领域，具体涉及一种兼具低热导率和高红外发射率的陶瓷材料、陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

目前，热防护涂层的研究多集中在热障涂层，即利用材料的低热导率进行隔热，但随着高超声速飞行器、先进航空发动机及航天器等的迅速发展，具有单一低热导率的热障涂层难以满足实际应用。热交换有三种基本形式，即热对流、热传导和热辐射。可以考虑通过涂层的热辐射性能进一步散热，特别在高温/超高温环境和真空环境下，热辐射散热作用占据主导地位，且大部分辐射热波长位于红外波段。典型热障涂层YSZ具有较低的热导率(800℃时1.80W/(m·K)左右)，但红外发射率相对较低(室温下1～22μm波段0.70左右)。同时兼具低热导率高红外发射率的陶瓷涂层罕见被报道。另外，将兼具低热导率和高红外发射率的涂层应用于工业窑炉内部，可以提高燃料的利用率，起节能环保的作用。因此，研究同时具有低热导率和高红外发射率的综合热防护涂层材料十分重要。

发明内容

本发明针对现有热防护涂层材料往往具有单一低热导率，而不能同时具有高红外发射率的不足，目的在于提出一种兼具低热导率和高红外发射率的陶瓷材料、陶瓷涂层及其制备方法，以解决现有热防护涂层材料不能满足高温/超高温环境热防护的需求。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种兼具低热导率和高红外发射率的陶瓷材料，它由基料通过高温固相反应合成所得；所述基料包括HfO₂和Sm₂O₃；按质量百分比计分别为HfO₂ 55％～75％，Sm₂O₃ 25％～45％。

本发明提供一种兼具低热导率和高红外发射率的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将各基料烘干后，与水和研磨球混合后球磨得到均匀的浆料，然后将浆料通入喷雾造粒塔进行喷雾干燥，得到混合粉末；

2)将混合粉末置于高温电炉进行高温固相反应，待所述高温固相反应结束后，得到合成粉末，即为兼具低热导率和高红外发射率的陶瓷材料。

按上述方案，步骤1)所述浆料中，水、研磨球与基料的质量比为(2～2.5)：(2～2.5)：1。

按上述方案，步骤1)中，喷雾造粒塔的工艺参数包括：入风口温度为200～220℃，排风口温度为110～130℃，雾化器频率为25～28Hz。

按上述方案，步骤2)中，所述高温固相反应的烧结温度为1300～1600℃，烧结时间为9h～24h。

在上述基础上，本发明还提供一种兼具低热导率和高红外发射率的陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将本发明所述兼具低热导率和高红外辐射的陶瓷材料中加入水和粘结剂进行配浆后球磨，然后将浆料通入喷雾造粒塔进行喷雾造粒，得到球形粉末，筛分备用；其中，筛分后的球形粉末的粒径范围为32～125μm；