[发明专利]一种在树脂基复合材料表面形成抗烧蚀涂层的方法

说明书

本发明涉及一种在树脂基复合材料表面形成抗烧蚀涂层的方法，所述抗烧蚀涂层由底层、中间层和面层构成，包括以下步骤：粉体和涂料的制备；依次喷涂形成多层。本发明有益之处在于采用低熔点的Zn/Al/Cu复合底层保证树脂基复合材料在喷涂时不会对其表面造成热损伤，采用Mo改性的NiCoCr复合中间层可以提高底层与面层之间的热应力匹配性和层间结合强度，另外具有较低的热导率起到更好的隔热作用，采用添加有放热特定的成分复合YSZ陶瓷面层一方面陶瓷层起到很好的隔热、抗烧蚀作用，另一方面在高温下烧蚀相气化散热起到进一步提高复合材料的抗烧蚀、隔热性能。

技术领域

本发明属于树脂基复合材料热防护涂层材料领域，具体涉及一种在树脂基复合材料表面形成抗烧蚀涂层的方法，特别是用于聚酰亚胺树脂基复合材料的抗烧蚀和热防护。

背景技术

聚酰亚胺树脂基复合材料具有比强度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好等一系列优点，已经在航空发动机外涵机匣、静子叶片、转子叶片、包容机匣以及发动机短舱、反推力装置上得到大量的应用，减重效果明显。

先进航空发动机的服役环境温度更高，对聚酰亚胺树脂基复合材料的发动机部件服役性能提出了更高的热防护要求，例如要求在800～850℃高温条件下高温冲刷后仍具有较好的性能稳定性。而目前耐热性最好的聚酰亚胺树脂基复合材料也只能在300℃左右使用，进一步提高耐热性则需要增大成本，并且具有很大难度，因此，通过采用适当的热防护涂层提高其使用温度比研制新的耐高温树脂基复合材料更切合实际。

国内外树脂基复合材料常用的热防护涂层主要有YSZ(Y₂O₃稳定ZrO₂)热障涂层和其他烧蚀型(热容吸热、烧蚀防热、辐射式散热、发汗防热)功能涂层两大类。但树脂基复合材料表面制备热防护涂层面临着很多技术难题，例如烧蚀型涂层防热机理是借助高温冲蚀后涂层烧蚀气化、碳化烧损而保护基体不损伤，但为了达到较好的防热效果一般制备较厚，会显著降低与复材基体的结合强度，且使用寿命有限。热障涂层具有较低的热导率和合适的膨胀系数，具有较好的隔热性能，在金属基表面热防护应用较为成熟，但与树脂基复合材料的结合强度低，且存在层间应力不匹配的问题，易在使用过程中脱落而失去隔热作用。主要原因是相对于金属基体，树脂基复材与涂层之间不可能发生冶金反应或很好的嵌合作用；另外，复合材料的固化温度低，因此采用热喷涂技术时不但不可以追求高温热源(这大大有利于冶金结合)，相反应严格控制复合材料基体的表面温度；再者，由于复合材料与金属或陶瓷涂层的热膨胀系数相差较大，过高的温度梯度变化，将在涂层与基体之间产生过大的内应力，使涂层与基体分离，如何最大限度的消除这些问题就成了复材表面热防护涂层研制的重点。

本发明基于传统YSZ热障陶瓷涂层隔热性能好的优势，同时根据烧蚀型涂层防热的理念，提出发汗冷却防热抗烧蚀机理的构想，将烧蚀相(酚醛树脂、改性有机硅树脂、聚酯、Cu、SiO₂)与YSZ陶瓷进行复合，在高温条件下，依靠陶瓷基相(YSZ)良好的隔热性能阻滞热量传递，同时复合在YSZ陶瓷涂层内部低熔点烧蚀型材料高温下发生分解、熔化、气化或挥发等相变带走一部分热量，烧蚀后形成的气体不仅能在涂层表面形成热阻塞效应，而且能够在涂层内部形成大量的孔隙进一步降低涂层的热导率，为了减小某单一烧蚀材料在很窄的温度段内分解或气化后产生的内压对涂层所造成的破坏，以及保持涂层在整个防热过程中都可能进行烧蚀防热。

发明内容

本发明的目的是：在于为树脂基复合材料提供热防护，特别是聚酰亚胺树脂基复合材料，给出在树脂基复合材料表面形成抗烧蚀涂层的方法。

本发明的技术方案是：

提供一种在树脂基复合材料表面形成抗烧蚀涂层的方法，所述抗烧蚀涂层由底层、中间层和面层构成，具体步骤如下：