[发明专利]一种碳/碳复合材料表面高红外发射率涂层及制备涂敷方法

说明书

本发明涉及一种碳/碳复合材料表面高红外发射率涂层及制备涂敷方法，组分的质量份数为：炭黑9‑11质量份；十二烷基苯磺酸钠3‑3.5质量份；酚醛树脂1.4‑1.6质量份；无水乙醇300‑350质量份；去离子水40‑50质量份。本发明选用价格低的商业化高红外发射率炭黑作为主要材料，借助合适的喷涂工艺，将其均匀喷涂于C/C复合材料表面，并构筑出丰富的微纳米孔隙，然后借助少量的热解碳加固多孔的炭黑涂层并将其粘结于C/C复合材料表面，制备出与C/C复合材料界面结合优良、抗热震性能好的高红外发射率涂层。

技术领域

本发明属于红外辐射涂层材料领域，涉及一种碳/碳复合材料表面高红外发射率涂层及制备涂敷方法

背景技术

碳纤维增强的热解碳基体复合材料，简称为C/C复合材料，具有轻质、耐高温、热传导能力强等特点，是未来大功率空间飞行器理想的热管控材料。在真空状态下，C/C复合材料将热量从高温处向低温处传导，同时，热量在C/C复合材料表面以热辐射形式向空间散播。这样的一个“边导边散”过程使得C/C复合材料完成了对空间飞行器热端构件的热管控。C/C复合材料的导热性能与碳纤维种类、碳纤维预制体编织结构、热解碳基体织构有着密切关系。现阶段，可通过使用沥青基高导热碳纤维、提高碳纤维分布的定向性及提高热解碳基体的织构(即提高其石墨化程度)制备获得室温导热率大于630W/(m·K)的高导热C/C复合材料。然而，导热用C/C复合材料多具有较高密度、较低孔隙率、较完整石墨片层结构，因此，其红外发射率较低，室温红外发射率多小于0.75。要充分发挥C/C复合材料的热管控能力，急需在其表面涂覆高红外发射率的散热涂层。

目前，国内外研究高红外发射率涂层材料主要集中在“尖晶石”、“堇青石”、“Fe-Mn-Cu氧化物”等体系，这类材料不仅密度大，而且与碳材料相比具有较高的热膨胀系数，若将其涂覆在C/C复合材料表面，不仅会增加C/C样品的密度，还会因为热膨胀失配产生巨大的界面应力，极易造成涂层开裂与大面积脱落。此外，该类涂层材料的红外发射率多在0.90以下，依旧不能满足某些高标准应用对红外发射率的需求。为了实现红外发射涂层与C/C复合材料基底之间良好的界面匹配，需要发展碳基涂层材料，比如碳纳米管涂层、炭黑涂层等。相比而言，炭黑具有更低的成本和更高的产量常被应用于红外发射涂层的制备。例如，江国华等用水性树脂、炭黑、分散剂、水性流平剂、水性消泡剂等作为原料，通过球磨混合制成一种散热涂料(中国专利102250546A)；李春燕等先制备出一种改性防水硅树脂，再将其与乙酸乙酯、环氧树脂、炭黑、乙二酸二甲酯、偶氮二甲酞胺、氢化蓖麻油、氧化铍等多种原料混合搅拌制成一种防水散热涂料(中国专利104152004A)。综上所述，现有炭黑高发射率涂层常与树脂复合使用，涂层中树脂质量分数约是炭黑的数十倍、甚至高达五十倍以上。一般条件下，树脂具有相比炭黑较低的红外发射率，因此，高质量分数树脂的存在会显著降低炭黑/树脂复合涂层的红外发射率；同时，树脂材料具有硬脆、受热易膨胀等特性，其极易在太空环境中的高低温交变下产生断裂，难以与C/C复合材料形成强界面结合。此外，炭黑/树脂复合红外发射涂层组成较为复杂、制备工艺较为繁琐，不利于大规模使用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳/碳复合材料表面高红外发射率涂层及制备涂敷方法，是一种C/C复合材料表面炭黑涂层及其制备方法，其具有红外发射率高、抗热震、成本低、制备方法便捷等优点。

技术方案

一种碳/碳复合材料表面高红外发射率涂层，其特征在组分的质量份数为：炭黑9-11质量份；十二烷基苯磺酸钠3-3.5质量份；酚醛树脂1.4-1.6质量份；无水乙醇300-350质量份；去离子水40-50质量份。