[发明专利]一种高温复合材料抗氧化、低发射率涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高温复合材料抗氧化、低发射率涂层及制备方法和应用，该涂层依据热膨胀系数渐变匹配原则设计,从内至外依次由过渡层、氧阻隔层、低发射率功能层以及表层保护膜组成。所述过渡层为与基底热膨胀系数接近SiC陶瓷，所述氧阻隔层为具有抗氧化性能莫来石‑玻璃粉复合涂层，所述低发射率功能涂层为具有低发射率的耐高温金属Ir薄膜，所述表层保护膜为耐高温高红外透过率的SiOsubgt;2/subgt;薄膜。本发明制备的高温复合材料抗氧化、低发射率涂层大幅度提升了Ir薄膜在高温下的使用性能和使用寿命，红外隐身性能优异、抗氧化性强，可在1200℃高温下服役。

技术领域

本发明属于特种功能涂层材料领域，涉及一种高温复合材料抗氧化、低发射率涂层及制备方法和应用。

背景技术

随着探测系统、精确制导技术的迅猛发展，对大型航空飞行器或装备系统造成了致命打击，因此对高温部件红外隐身性能要求越发迫切。C/C复合材料因为其优异的耐高温烧蚀性能、热稳定性以及承载性能等成为高温结构部件的优选材料，然而当服役温度超过500℃时，C/C复合材料会和空气中的氧气发生剧烈反应，导致材料氧化失效，这大大限制了其在高温下的使用。此外，C/C复材的高红外发射率对其服役安全造成了致命威胁，因此亟待研发一种可在高温下服役的低红外发射率涂层。

无机红外低发射率涂层、金属微粉涂层和金属薄膜是目前常用的三大类具备中高温应用潜力的红外低发射率涂层。无机低发射率涂层制作工艺简单、成本低廉、红外发射率低，但其耐温性能与抗热震性能较差，难以满足工程化应用需求。金属微粉涂层红外发射率较低，但受限于树脂等分散介质的耐受温度，无法在较高的温度环境下服役。金属薄膜(如Ir、Au、Pt、Hf、Cr、W、Mo等)同时满足高温低发射率与优异的抗氧化性等特性。目前已有较多研究成果，如前人工作中在Ni基高温合金表面沉积Au、Pt薄膜，结果表明Au薄膜发射率极低，但存在元素扩散、易氧化等缺陷。Pt薄膜虽然表现出低红外发射率、热稳定性强等优良特性，但在工程应用中仍存在耐温性能有限(≤900℃)、易脱落以及元素相互扩散等现象，对其长时使用寿命和稳定性有一定的影响。针对上述问题，开发出耐温等级高(≥1200℃)、发射率低、抗氧化性强的涂层至关重要。

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，本发明提出一种高温复合材料抗氧化、低发射率涂层及制备方法和应用，提供一种可在1200℃高温环境下连续使用1h低发射率和高温稳定性优良的耐高温、抗氧化的低红外发射率复合涂层。

技术方案

一种高温复合材料抗氧化、低发射率涂层，其特征在于从内至外依次为过渡层、氧阻隔层、低发射率功能层以及表层保护膜；过渡层为与基底热膨胀系数大小匹配SiC 陶瓷，氧阻隔层为具有抗氧化性能莫来石-玻璃粉复合涂层，低发射率功能涂层为具有低发射率的耐高温金属薄膜，表层保护膜为具有高红外透过率的耐高温的金属氧化物薄膜；所述各层依据热膨胀系数渐变的匹配原则。

所述过渡层包括但不限于：Ir、Au、Pt、Hf、Cr、W以及Mo高熔点耐温抗氧化低发射率金属。

所述表层保护膜包括但不限于：高红外透过率的SiO₂、MgO、Al₂O₃金属氧化物薄膜。

所述低发射率的耐高温金属薄膜在3～5um和8～14um的波段下的发射率分别为0.118和0.143。

所述过渡层厚度为80～200um，所述氧阻隔层厚度为20～100um，所述低发射率涂层厚度为0.5～10um，所述表层保护膜厚度为0.5～3um。

一种制备所述高温复合材料抗氧化、低发射率涂层的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、基材预处理：对C/C基材进行抛光并超声处理去除表面杂质；