[发明专利]MoSi2

说明书

本发明涉及MoSi₂‑SiO₂‑硼硅酸盐耐高温高发射率涂层及其制备方法与应用，涂层的原料组成及各成分的质量百分比为：MoSi₂‑SiO₂复合粉体20～70％、硼硅酸盐玻璃粉25～80％、SiB₆ 0～6％。先以MoO₂和Si为原料，按一定比例制备MoSi₂‑SiO₂复合粉体作为高发射率相，硼硅酸盐玻璃粉为高温粘结剂，SiB₆为添加剂，聚乙烯吡咯烷酮PVP为分散剂，乙醇为溶剂，制得均匀分散浆料，采用喷涂法在氧化铝陶瓷基板上制备耐高温高发射率涂层。本发明的MoSi₂‑SiO₂‑硼硅酸盐涂层厚度为50～200μm，近红外波段(0.75～2.5μm)室温发射率大于0.88，2.5～5μm波段室温发射率大于0.85，同时具有优异的抗高温氧化性以及抗热震性。

技术领域

本发明属于热防护涂层制备领域，具涉及MoSi₂-SiO₂-硼硅酸盐耐高温高发射率涂层及其制备方法与应用。

背景技术

随着当今航空航天技术的迅猛发展，高超声速飞行器的研发越来越引起世界各国的重视。高超声速一般是指超过5Ma，该类飞行器主要包括弹道导弹、巡航导弹、再入飞行器、跨大气层飞行器等，主要特点是高机动性以及远距离精确打击。可以看出，超高声速飞行器已成为了航空航天的主要发展方向，在未来的国家安全中起这重要作用。但随着飞行器性能的提高，尤其是速度的提高，对其防护材料的要求也在不断提高。无论是在飞行器以高超音速飞出大气层还是在“再入”阶段，高速运动的飞行器会与空气剧烈摩擦，所形成的气动加热效应，会使飞行器表面温度急剧升高，表面温度达1000℃～5000℃，翼/舵前缘等部位驻点温度最高。同时，高超音速飞行器的发动机在工作过程中，其燃烧室的压强能达到20MPa，瞬时温度高达4000℃，喷出气体在喷喉处的流速达1Ma。这些典型的高温环境都需要采取必须的防护措施，以保证飞行器的正常运行。目前最有效的方法是采用辐射式散热结构，即在陶瓷纤维瓦表面制备一层耐高温且具有高红外发射率的涂层，来通过辐射散热进一步减少进入飞行器内部的热量，从而显著提升隔热系统的隔热功效。

关于热防护涂层有诸多专利文件报道，例如：中国专利文件CN106591773A公开了一种高温用金属表面抗高温氧化辐射热防护涂层制备方法。首先在金属表面通过高温化学扩渗制备厚度为30～200微米的硅化物或者铝化物的抗高温氧化过渡层；然后通过微弧氧化将过渡层表面原位转化为3～30微米且含高发射率物相强化的耐冲刷辐射热防护的陶瓷外层，使其得到的复合涂层兼具抗高温氧化、耐冲刷及高发射率的多重功能。再例如：美国专利文件 US20060156958A1公开了一种涂层，涂层的方法和涂覆的基材，其中该涂料含有一种无机粘合剂，如一种碱金属\/碱土金属碱土金属硅酸盐如硅酸钠，硅酸钾，硅酸钙，和硅酸镁；一种填料，如一种金属氧化物例如二氧化硅，氧化铝，二氧化钛，氧化镁，氧化钙和硼的氧化物；和一个或多个发射率剂如硅六硼化物，碳化硅，二硅化钼，钨二硅化，二硼化锆，铜铬铁矿，或金属氧化物如铁氧化物，镁氧化物，锰的氧化物，铬氧化物和铜铬氧化物，和它们的衍生物。在涂层溶液，该涂层含有水的混合物。稳定剂如膨润土，高岭土，镁铝硅，粘土，板状氧化铝和稳定锆的氧化物可以加入。某些金属和过渡金属氧化物，由于存在较多的电子层，根据电子跃迁机制更容易产生短波红外辐射，同时过渡金属氧化物高温处理后可形成的尖晶石结构(AB₂O₄)有利于发射率的提高，但其高发射率波段主要在10μm左右，难以应用到超高温领域，并且高温下也没有抗高温氧化的能力。MoSi₂具有较高熔点、高红外发射率以及良好的高温抗氧化性，是国外研究较多的高发射率涂层填料，但国内的合成技术还不成熟，粉体质量和纯度难以保证，且粉体的价格昂贵。