[发明专利]一种耐高温涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温涂料技术领域，具体地说，本发明涉及一种耐高温涂层及其制备方法。

背景技术

用于航天飞行器热防护结构的陶瓷刚性隔热材料，其工作时所面临的环境主要为气动加热环境。在飞行器以极高的速度穿越大气层飞行时，由于其对前方空气的压缩以及与周围空气的摩擦，将有一部分动能转变成空气的热能，这部分热能以边界层对流加热和激波辐射两种形式加热飞行器，使飞行器面临严峻的热环境。因此，理想的防热结构设计是，气动所产生的热流到达刚性隔热材料的表面即被该辐射回去，从而使热辐射热流尽可能少地到达刚性隔热材料例如刚性隔热瓦的内部。

由于表面辐射热辐射量与绝对温度的四次方成正比，在较低的温度下，辐射散热作用并不显著。因此应该根据刚性隔热材料在飞行器中所处气动热环境状况，选用不同的防热措施：在较低的温度下可以在隔热瓦表面制备辐射率较低的涂层，这样可以充分利用低辐射率涂层对热辐射的反射作用来降低热辐射透过隔热瓦的比例，例如美国航天飞机运用的低温可重复使用表面隔热材料LRSI，其使用的温区为343～650℃，其表面涂装了辐射率较低的白色涂层；相反，在隔热瓦所处的气动热环境较为恶劣的区域，则在隔热瓦表面制备辐射率较高的涂层，此时辐射散热成为主要防热方式。

气动加热产生的热环境比较苛刻时，飞行器的热防护更引人关注，这时通常要使其外表面具备较高的辐射率，借助其在高温下的辐射能力，将外来气动热流辐射到周围的空气中去，这是典型的辐射防热技术。在刚性隔热材料表面涂装高辐射率耐高温涂层，在受热并且温度升高时，其将以辐射的形式向周围散出大量的热能。合理的耐高温涂层设计可以耗散气动热的绝大部分，使进入内部结构的残余热量较小。

发明内容

为了解决一个或多个上述问题，本发明提供了一种耐高温涂层及其制备方法，以期提供一种耐温性能好、膨胀性能低且隔热的材料和用于制备所述材料的简单、操作简便、环境污染小的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

1.一种耐高温涂层，其中，所述耐高温涂层包含硼硅连续相、填料、助剂，优选还包含辐射剂。

2.如技术方案1所述的耐高温涂层，其中，所述耐高温涂层由硼硅连续相、填料和助剂组成，更优选由硼硅连续相、填料和助剂和辐射剂组成。

3.如技术方案1或2所述的耐高温涂层，所述耐高温涂层包含40重量％～95重量％的硼硅连续相、5重量％～40重量％的填料、0.1重量％～10重量％的助剂和0重量％～25重量％的辐射剂。

4.如技术方案1～4中任一项所述的耐高温涂层，其中，所述填料是由碳酸锂、四硼化硅、硅酸铝、氧化铝、石英粉组成，优选的是，所述碳酸锂、四硼化硅、硅酸铝、氧化铝、石英粉按重量比1∶(0.1～3)∶1∶(0.1～2)∶(1～6)经900～1500℃高温熔融而制得。

5.如技术方案1～4中任一项所述的耐高温涂层，其中，所述助剂由聚乙二醇、丙酮和硼酸三丁脂组成，优选的是，所述聚乙二醇、丙酮和硼酸三丁脂按2∶(0～3)∶(0.1～3.5)的重量比混合得到。

6.如技术方案1～5中任一项所述的耐高温涂层，其中，所述辐射剂为具有红外辐射特性的功能性材料。

7.如技术方案1～6中任一项所述的耐高温涂层，其中，所述辐射剂为选自由下列材料组成的组中的一种或多种的组合：二氧化钛、碳化硅、三氧化二铬、二硅化钼、三氧化二铁、氧化锆，优选的是，所述辐射剂选自二氧化钛、三氧化二铬和二硅化钼。

8.如技术方案1至3中任一项所述的耐高温涂层，其中，所述硼硅连续相通过将混合硼硅粉于800～1200℃烧结而制得，优选的是，所述混合硼硅粉由硼酸和二氧化硅按重量比1∶(1～30)经过600～1400℃熔融后研磨而制得。

9.一种制备耐高温涂层的方法，其中，所述方法如下步骤：

(1)清理需要实施涂层的基体表面；

(2)用水将硼硅粉、填料和助剂调成浆料；

(3)将浆料涂布于基体表面，经过20～120℃干燥后，再经过800～1250℃高温烧结，得到所述耐高温涂层。

10.如技术方案9所述的方法，其中，在所示浆料中还添加有辐射剂。

11.如技术方案9或10所述的方法，其中，所述浆料的组成如下：40重量％～95重量％的硼硅连续相、5重量％～40重量％的填料、0.1重量％～10重量％的助剂和0重量％～25重量％的辐射剂。