[发明专利]耐高温吸波涂层、其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温吸波涂层，尤其涉及一种悬浮液等离子喷涂制备的耐高温吸波涂层及其制备方法与应用，属于电子材料技术领域。

背景技术

吸波材料可以将电磁波能转化为热能而衰减雷达波，是实现目标雷达隐身的重要手段。在各类航空或航天器中，有不少直接暴露于雷达波中的高温部件和部位，如航空发动机的尾喷管、高马赫数飞行导弹的端头、弹翼、舵前缘及弹体，以及未来飞行速率接近10马赫的空天飞机表面等，这些部位的隐身急需高温吸波涂层。而且高温吸波涂层在服役过程中要经受急速升降温过程中剧烈的热冲击，同时还伴随高速气流的冲刷和强烈的机械震动，上述苛刻的服役环境要求高温吸波涂层不但需具有优异的高温吸波性能，还需具有较好的热冲击性能，较高的附着力和强度。

首先，在材料方面，目前常用的有碳系吸波材料、SiC陶瓷类吸波材料、ZnO类吸波材料、耐高温金属粉末等。比如，碳系吸波材料主要有碳黑、石墨、碳纤维等，由于碳的耐高温性不好，一般使用温度不超过470℃；SiC陶瓷类吸波材料中单纯碳化硅电导率较低，需要进行掺杂以提高其电导率，进而提高其吸波性能，目前主要是掺杂氮、铝、硼等元素，但目前也只能短时间适用于不超过900℃的环境中。而ZnO类吸波涂层也存在高温稳定性差的问题，耐高温金属粉末例如Cr、Nb、NiCoCrAlY等和Al₂O₃粉末喷雾造粒后，通过等离子喷涂制备的吸波涂层存在的缺点主要有：涂层热震性能不好，吸波频段较窄，仅为10-11.8GHz。其主要原因是受制于传统等离子喷涂技术工艺特点，构成涂层基本单元的扁平粒子尺寸较大，吸收剂在含量较低时已出现严重的大面积链接，复介电常数和电导率急剧升高，与自由空间阻抗匹配变差，对电磁波反射增加，且涂层复介电常数频响效应不明显，虽然反射率峰值较低，但电磁波吸收频段较窄。另外，金属微粉作为吸收剂导致涂层重量增加，这对于现代高精密武器系统也是不容忽视的问题。

其次，在制备技术方面，一般来讲，高温吸波涂层由基体材料和电磁波吸收剂组成，基体承担涂层主要的力学性能和热冲击性能，吸收剂决定涂层的吸波效果。目前高温吸波涂层的制备应用较为广泛的是涂覆技术，通常是将吸收剂、基体填充粉末和粘结剂(有机硅树脂、硅溶胶，磷酸二氢铝等)混合后涂覆于目标零件表面形成吸波涂层。涂覆型吸波涂层因其施工方便，吸收剂含量、分布状态可控性好，涂层吸波性能优良，在应用过程中不改变武器装备原有的设计和结构的优点，广泛应用于中低温服役环境。但当此方法制备的吸波涂层在高温下长时间服役时，吸收剂因高温氧化导致涂层吸波性能不稳定，且涂层的热冲击性能和结合强度都急剧降低，在服役过程中造成涂层粉化、起层、开裂、附着力下降等严重问题，会制约涂层在高温环境下长时间稳定服役。

近年来，相关科研研发人员开始通过等离子喷涂的方法制备高温吸波涂层，然而，传统的等离子喷涂制备高温吸波涂层的先天缺陷是构成涂层基本单元的扁平粒子尺寸较大，导致分布在涂层中的电磁波吸收剂尺寸大幅超过了使用频率下的趋肤深度，且分布不均，因而严重影响了涂层的吸波性能。同时，传统的等离子喷涂涂层中所固有的层间裂纹降低了涂层的热冲击性能，极大限制了涂层在更高温度长时间服役的稳定性。因此，如何减小涂层中的电磁波吸收剂尺寸，提高涂层吸波性能，并确保涂层具有令人满意的抗热冲击性能，是等离子喷涂制备耐高温吸波涂层目前亟待解决的关键技术问题。

因此，寻求一种高效、便捷的优质涂层制备技术是耐高温吸波涂层工程应用的重点研究领域。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种耐高温吸波涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种耐高温吸波涂层，其包括主要由复数个小尺寸扁平粒子聚集形成的涂层结构，所述涂层结构内还分别有复数个垂直裂纹，所述垂直裂纹沿所述涂层的厚度方向延伸，所述小尺寸扁平粒子包含Ti₃AlC₂小尺寸扁平粒子和Al₂O₃小尺寸扁平粒子。

作为优选实施方案之一，所述耐高温吸波涂层包含质量比为3～15：100的Ti₃AlC₂小尺寸扁平粒子和Al₂O₃小尺寸扁平粒子，所述小尺寸扁平粒子的尺寸在10μm以下。