[发明专利]纤维预成型体贮箱支架及其制备方法

说明书

一种纤维预成型体贮箱支架的制备方法，首先对纤维预成型体进行Al离子注入，随后在其表面制备得到类金刚石过渡层，在制备得到的类金刚石表面制备AlSiCN/AlSiCO交替多层隔热涂层。由于贮箱支架为纤维预成型体，与陶瓷涂层间的结合力较差，因此在沉积隔热涂层前需对纤维预置体进行处理，首先对纤维预成型体进行Al离子注入，能够使得纤维预置体表面机械强度得到提高，与此同时注入金属Al离子，使得纤维预置体表面呈现一定的无机材质特性，从材料相亲程度及硬度匹配度上与后续类金刚石涂层及隔热涂层结合性相更高。本申请中采用溅射方式制备多层隔热涂层，便于精确控制涂层厚度，也避免了后续处理中对多层结构的破坏。

技术领域

本申请涉及一种隔热涂层，特别是纤维预成型体贮箱支架的隔热涂层。

背景技术

运载火箭发动机贮箱支架主要的功能为发动机燃料管路、相关电气线缆的固定及相关设备隔热防热，目前国内火箭发动机动力系统配套的贮箱支架采用金属材料制造，无法满足航天型号的高性能、轻量化的要求。高性能、轻量化的运载火箭是我国运载火箭发展必经之路，是现有型号升级换代的大工程，创新难点多、技术跨度大，复杂程度高，代表了今后火箭技术发展的最高水平。

先进复合材料是高性能、轻量化的物质基础，是先进设计理念及技术得以实现的重要保证。纤维预成型体作为一种典型的复合材料，具有轻质高强、耐冲击、可设计性强、减震性能好和耐候性好等优势，使其在各种领域中取代传统的木质、金属等材料已成为一种趋势，已应用于国家重点领域中。纤维预成型体其密度低、比强度比模量高、耐候性好、可靠安全性高等特点能更好的解决现有金属贮箱支架无法满足航天型号的高性能、轻量化要求的问题，保证火箭型号升级换代工程的推动，推进先进复合材料在航天领域的应用。但是受限于纤维预成型体的耐热性能，导致其在使用场合中存在一定的制约。

发明内容

本申请提供了一种纤维预成型体贮箱支架。

首先对纤维预成型体进行Al离子注入，具体步骤如下：

（1）将纤维预成型体贮箱支架用细砂纸进行打磨，去除表面的污染物，再对表面进行清洁，最终冲洗后烘干；

（2）将清洗后的纤维预成型体贮箱支架放入真空腔，真空抽至1×10^-4Pa；真空腔内安装有Al靶材作为注入材料；

（3）打开Al靶，调节Al靶电流为20-25A，占空比为40%，产生束电流密度为0.25-0.5A/100cm²·s；

（4）保持加速电压-40kV，额定电流90A，采用真空电弧离子源注入Al，时间3-4min；待腔体冷却后取出，即得表面离子注入的纤维预成型体。

随后在其表面制备得到类金刚石过渡层，具体步骤如下：

向腔室内通入氩气，以碳靶为靶材，沉积偏压为-20～-60V，沉积过程中真空度为0.01-0.1Pa，靶材功率为1-3kW，沉积温度为20-40℃。

在制备得到的类金刚石表面制备AlSiCN/AlSiCO交替多层隔热涂层，具体制备工艺如下：

同时开启Al靶、Si靶及碳靶，通入氩气和氮气，沉积AlSiCN层；然后维持氩气，停止通入氮气，通入氧气，沉积AlSiCO层；重复沉积AlSiCN/AlSiCO层4-5次，AlSiCN层与AlSiCO层调制比为1：1，

沉积AlSiCN层时，设置脉冲偏压-50～-100V，占空比60％，沉积压强保持为0.8～1.3Pa，氩气流量与氮气流量之比控制在5：1，Al靶、Si靶及碳靶功率调整至3：3：1；沉积AlSiCO层时，设置脉冲偏压-50～-100V，占空比60％，沉积压强保持为0.8～1.3Pa，氩气流量与氧气流量之比控制在5：1，Al靶、Si靶及碳靶功率维持在3：3：1。