[发明专利]用于CT球管液态金属轴承的复合隔热涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维-纳米二氧化钛-石英短切纤维-磷酸铝复合隔热涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)碳纤维-纳米二氧化钛-磷酸铝乳液的制备

①所用化学原料：

碳纤维、氢氧化铝、纳米二氧化钛、磷酸、六偏磷酸钠、去离子水，其中碳纤维的纤维长度为1～3mm，氢氧化铝的粒径小于100μm，纳米二氧化钛的粒径为15～50nm，磷酸的质量百分浓度70～90％；

②碳纤维的预处理

首先将碳纤维放入行星球磨机的球磨罐中，装样量为球磨罐体积的1/3～2/3，球磨机的自转/公转比为2～3，自转转速为800～1500r/min，经球磨6～10h后，取出球磨罐中的碳纤维，即得碳纤维粉末；将碳纤维粉末平铺于等离子刻蚀机的托盘中，对碳纤维粉末进行表面低温等离子刻蚀，刻蚀操作参数如下：电源功率为1kW，干空气和氩气的流速分别为0.2～0.6L/min和80～120L/min，经0.5～3.0s的刻蚀后，即得经预处理的碳纤维粉末；

③碳纤维-纳米二氧化钛-磷酸铝乳液的制备

首先磷酸搅拌并加热至70～90℃，然后向磷酸中加入一定质量的氢氧化铝，并连续搅拌1min，按此动作重复加入氢氧化铝8～10次，在此过程中溶液温度保持在70～90℃并继续搅拌1h，即得磷酸铝乳液；每200ml磷酸每次加入12～18g氢氧化铝，重复共加入氢氧化铝96～180g；

将每2～6g纳米二氧化钛粉末和每0.6～1.2g六偏磷酸钠对应加入到100ml去离子水中，搅拌10～20min后，超声振荡30～40min，得到纳米二氧化钛的悬浮液；

将纳米二氧化钛的悬浮液加入磷酸铝乳液，搅拌10～20min后向溶液中加入经预处理的碳纤维粉末，搅拌10～20min后，利用超声振荡30～40min，再持续搅拌10～20min，即得碳纤维-纳米二氧化钛-磷酸铝乳液；每200ml磷酸对应2～6g纳米二氧化钛粉末、5～12g经预处理的碳纤维粉末；

(2)碳纤维-纳米二氧化钛-石英短切纤维-磷酸铝涂层乳液的制备

①所用化学原料：

苯酚、四氯乙烷、去离子水、石英短切纤维，其中石英短切纤维的单丝直径为5～15μm，长度为2～12mm；

②碳纤维-纳米二氧化钛-石英短切纤维-磷酸铝乳液的制备：

首先将苯酚加入到水中，水浴加热至65℃～80℃，持续搅拌待苯酚完全溶解后，再加入四氯乙烷，搅拌10～15min使溶液混合均匀，得到苯酚/四氯乙烷溶液；每3～7g苯酚对应50ml水50ml、四氯乙烷；

将石英短切纤维加入到苯酚/四氯乙烷溶液中，浸泡20～30min，浸泡过程中每间隔2～3min利用玻璃棒进行搅拌；浸泡完成后，将溶液倒入纤维疏解器，经过20～40min的纤维解离后，得到在溶液中均匀分散的石英短切纤维；每3～10g石英短切纤维对应3～7g苯酚；

将石英短切纤维溶液加入到碳纤维-纳米二氧化钛-磷酸铝乳液中，持续搅拌20～30min，再超声振荡30～40min，超声后继续搅拌20～30min，即得碳纤维-纳米二氧化钛-石英短切纤维-磷酸铝涂层乳液；每3～10g石英短切纤维对应5～12g经预处理的碳纤维粉末；

(3)碳纤维-纳米二氧化钛-石英短切纤维-磷酸铝耐高温复合隔热涂层的制备

①金属基体的预处理

金属基体表面加工有深度和宽度为0.5～2mm的凹槽阵列，相邻凹槽间距为0.5～2mm，加工精度为IT13，表面粗糙度为Ra50；首先利用碳氢清洗剂清洗金属基体，然后将金属基体放入丙酮中，在240-600W功率下超声清洗5～10min；超声结束后用无水乙醇冲洗金属基体，再将金属基体放入无水乙醇中，在240-600W功率下超声清洗5～10min；超声结束后取出金属基体，利用吹风机将零件吹干备用；

②碳纤维-纳米二氧化钛-石英短切纤维-磷酸铝复合隔热涂层的固化

将碳纤维-纳米二氧化钛-石英短切纤维-磷酸铝涂层乳液均匀涂抹在金属基体表面，并确保金属基体表面的凹槽中也充满涂层乳液；将涂有涂层乳液的轴承金属基体置于烘箱中，在70～90℃烘干处理6～12h；然后将温度升至100～130℃，并保温10～12h；再将温度升至210～240℃，并保温3～5h；待烘箱自然冷却至室温，将试样转移至真空烧结炉中，以1～3℃/min的速率将温度升至400～430℃并保温3h，保温结束后以2～4℃/min的速率将温度升至780～810℃并保温4～8h，保温结束后关闭真空烧结炉的加热电源，使炉内保持真空状态自然冷却至室温，取出试件即得碳纤维-纳米二氧化钛-石英短切纤维-磷酸铝复合隔热涂层。