一种耐烧蚀型隔热吸波涂料、复合涂层及其应用

本发明涉及功能涂层，具体涉及一种耐烧蚀型隔热吸波涂料、复合涂层及其应用。

背景技术：

1、高速飞行器在动态飞行时与空气摩擦产生气动加热，外部温度在很短时间内能达到1000℃以上，并且会形成高压、高速气流冲刷作用，易导致壳体力学性能下降和舱内温度升高，且内部燃烧室内壁和发射架亦会承受高速火焰冲刷作用，耐烧蚀隔热材料是高速飞行器正常发射、飞行的重要保障。另一方面，多频段、多位一体雷达探测技术的逐渐成熟及在全球堪称“天罗地网”的部署，高速飞行器和发射装置面临被发现、拦截并被摧毁的威胁。吸波材料可将入射雷达波能量并转化为热能为主的其它形式能量，可有效降低目标的雷达散射截面(rcs)，从而降低被敌方雷达发现、拦截以及最终被摧毁的概率。因而，需开发一种耐烧蚀型隔热吸波一体化材料。

2、现有技术中，中国专利cn 111304578 a、cn 115972695 a、cn 112918025a分别公布了一种隔热/雷达吸收一体化复合涂层、表面涂覆复合涂层的钛合金材料及其制备方法，一种隔热型耐高温吸波材料及其制备方法，以及一种烧蚀型防隔热吸波一体化复合材料及其制备方法，均采用了多层结构设计实现隔热/吸波，但都结构设计复杂，实施工艺困难。中国专利cn 117344262 a公布了一种具有高温吸波隔热涂层的材料及其制备方法，采用等离子喷涂方式将镧镁铝氧和钐铁氮混合粉末喷涂在板材表面制得，制备方法要求苛刻。中国专利cn 115627119a、cn 117106372 a分别公开了一种轻质耐温隔热隐身涂料、涂层及其制备方法，以及一种兼具隐身、隔热、防热功能的涂料、其制备方法及应用，主要通过功能粉体填充有机物成膜基体，制备多功能隔热/吸波涂层，但成膜物基体材料主要采用硅橡胶以及有机溶剂，价格昂贵且污染严重；cn 110885583 a公开的一种耐烧蚀吸波防滑耐磨复合涂层及其制备方法，该复合涂层包括防腐蚀底层、耐烧蚀吸波夹心层、防滑耐磨层、耐老化面层，所述的复合涂层必须通过多层间厚度协同匹配设计，才能形成多功能兼容一体化的涂层，结构和制备工艺复杂。

3、因此，研究开发一种低成本、环保、施工简单的耐烧蚀型隔热吸波复合涂层及其制备方法，对解决高速飞行器、燃烧室以及发射架的耐烧蚀隔热以及提高其雷达隐身性能具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种耐烧蚀型隔热吸波涂料、复合涂层及其应用，该复合涂层厚度中具有以改性陶瓷陶瓷空心微珠为骨架、其他填充粉体材料致密填充的微观结构，具有耐高温、耐烧蚀、低热导率和强电磁损耗等物化特性，成膜物材料为环保型水性体系，可多层喷涂和室温固化成型，因而使用在外形复杂的高速飞行器、燃烧室以及发射架表面，可提高目标高温服役工况下耐烧蚀、隔热和雷达隐身性能。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种耐烧蚀型隔热吸波涂料，其特征在于：其是由改性陶瓷陶瓷空心微珠、碳化硅纳米晶须、镀镍石英短切纤维、氧化铈纳米纤维组成的填充粉体材料，以及由醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚物乳液、乙二醇和去离子水、功能助剂制成的成膜物基体材料；

4、制备所述耐烧蚀型隔热吸波涂料各组分的质量份比例为：改性陶瓷空心微珠5～10份，碳化硅纳米晶须10～20份，镀镍石英短切纤维6～15份，氧化铈纳米纤维7～15份，醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚物乳液30～50份，乙二醇2～4份，去离子水8～15份，功能助剂2～4份。

5、所述改性陶瓷空心微珠为硼硅酸盐陶瓷空心微珠、铝硅酸盐陶瓷空心微珠中一种或两种，表面经过硅烷偶联剂包覆改性，粒径d50为10～50μm；所述的碳化硅纳米晶须为β型立方晶相结构，直径20～200nm，长度0.5～8μm；所述的镀镍石英短切纤维表面化学镀有磁性镍膜，直径0.5～1μm，长度6～9μm；所述的氧化铈纳米纤维通过静电纺丝和高温煅烧制备，直径200～400nm，长度20～50μm；所述的助剂包括：脂肪烃消泡剂、氯甲基噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮杀菌剂、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯成膜助剂、聚羧酸钠盐型分散剂、丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯共聚型增稠剂中多种。

6、一种耐烧蚀型隔热吸波复合涂层，其是采用前述的耐烧蚀型隔热吸波涂料制备，其制备方法包括下列步骤：

7、s1、耐烧蚀型隔热吸波涂料配置：按照质量份比例，将各填充粉体材料和成膜物材料加入真空行星搅拌机原料罐中，采用真空下行星搅拌方式使各组分均匀混合并排除机械泡，制得耐烧蚀型隔热吸波涂料；

8、s2、单层喷涂成型：将配置的涂料均匀喷涂在金属衬底或碳复材衬底上，表干后获得第一层涂层，控制单层喷涂后成膜的厚度为0.3～0.5mm；

9、s3、多层喷涂成型：在第一次喷涂成型后的膜层上再次喷涂，表干后获得第二层涂层，控制单层喷涂后成膜的厚度为0.3～0.5mm，控制两次喷涂间隔时间2～3h，依次类推，通过多次喷涂达到设定的涂层总厚度；

10、s4、干燥固化：将喷涂成型的涂层放置在常温恒湿环境中深度固化后，获得耐烧蚀型隔热吸波复合涂层。

11、所述的耐烧蚀型隔热吸波复合涂层的应用，其特征在于：将该耐烧蚀型隔热吸波复合涂层喷涂在外形复杂的高速飞行器、燃烧室以及发射架表面并固化，用于提高目标高温服役工况下耐烧蚀、隔热和雷达隐身性能。

12、现有技术相比，本发明具有以下突出优点：

13、(1)本发明提供的涂料及复合涂层中，其厚度中具有以大粒径的改性陶瓷空心微珠颗粒为骨架、其他填充粉体材料致密填充、成膜物基体材料均匀包覆的微观结构，空心与实心相互结合的功能粉体材料填充后相互协同、大幅增强了其各自固有的物化特性，被硅烷偶联剂包覆改性后的陶瓷空心微珠的材料相容性好、能够被牢固的被成膜物基体材料包覆和固定在的特定位置上，从而使复合涂层固化后整体上兼具耐高温、耐烧蚀、低热导率和强电磁损耗等性能。

14、(2)本发明提供的复合涂层产品，具有优异的耐烧蚀、隔热和吸波效果，5.0mm厚耐烧蚀型隔热吸波复合涂层产品在耐1000℃以上氧-乙炔火焰烧蚀5min后，冷面温度小于150℃，且在2-18ghz频段的反射损耗优于-10db带宽达8.6ghz。

15、(3)本发明提供的涂料，其采用的成膜物基体材料为环保型水性体系，可适用喷涂工艺，且喷涂后涂层能室温深度固化成型。

16、(4)本发明提供的耐烧蚀型隔热吸波复合涂层及其涂料的制备方法，环保，生产、施工效率高以及成本低，更利于产业化应用。

技术特征：

1.一种耐烧蚀型隔热吸波涂料，其特征在于：其是由改性陶瓷空心微珠、碳化硅纳米晶须、镀镍石英短切纤维、氧化铈纳米纤维组成的填充粉体材料，以及由醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚物乳液、乙二醇和去离子水、功能助剂的成膜物基体材料制成的。

2.如权利要求1所述的耐烧蚀型隔热吸波涂料，其特征在于：制备所述耐烧蚀型隔热吸波涂料各组分的质量份比例为：改性陶瓷空心微珠5～10份，碳化硅纳米晶须10～20份，镀镍石英短切纤维6～15份，氧化铈纳米纤维7～15份，醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚物乳液30～50份，乙二醇2～4份，去离子水8～15份，功能助剂2～4份。

3.如权利要求1所述的耐烧蚀型隔热吸波涂料，其特征在于：所述改性陶瓷空心微珠为硼硅酸盐陶瓷空心微珠、铝硅酸盐陶瓷空心微珠中一种或两种，表面经过硅烷偶联剂包覆改性，粒径d50为10～50μm。

4.如权利要求1所述的耐烧蚀型隔热吸波涂料，其特征在于：所述的碳化硅纳米晶须为β型立方晶相结构，直径20～200nm，长度0.5～8μm；所述的镀镍石英短切纤维表面化学镀有磁性镍膜，直径0.5～1μm，长度6～9μm；所述的氧化铈纳米纤维通过静电纺丝和高温煅烧制备，直径200～400nm，长度20～50μm。

5.如权利要求1所述的耐烧蚀型隔热吸波涂料，其特征在于：所述的助剂包括：脂肪烃消泡剂、氯甲基噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮杀菌剂、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯成膜助剂、聚羧酸钠盐型分散剂、丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯共聚型增稠剂中多种。

6.一种耐烧蚀型隔热吸波复合涂层，其特征在于：其是采用权利要求1～5任一项所述的耐烧蚀型隔热吸波涂料制备，其制备方法包括下列步骤：

7.如权利要求6所述的耐烧蚀型隔热吸波复合涂层，其特征在于：所述步骤s1中行星搅拌工艺参数为：行星架转速60～130r/min，分散盘转速300～500r/min，搅拌时间4～6h。

8.如权利要求6所述的耐烧蚀型隔热吸波复合涂层，其特征在于：所述步骤s4中深度固化的条件为：23±2℃常温，50～60％湿度，时间5～7天。

9.如权利要求6所述的耐烧蚀型隔热吸波复合涂层，其特征在于：在各层涂层以及深度固化后的复合涂层的厚度内，以大粒径改性陶瓷空心微珠颗粒为骨架构建各涂层厚度内部的微观结构，其他填充粉体材料致密的填充改性陶瓷空心微珠周围的孔隙、形成虚实结合的三维隔热通路，形成同时具备强隔热、低导热、耐烧蚀、高机械强度和电磁性能的复合涂层。

10.如权利要求6～9任一项所述的耐烧蚀型隔热吸波复合涂层的应用，其特征在于：将该耐烧蚀型隔热吸波复合涂层喷涂在外形复杂的高速飞行器、燃烧室以及发射架表面并固化，用于提高目标高温服役工况下耐烧蚀、隔热和雷达隐身性能。

技术总结本发明属于功能涂层技术领域，公开了一种耐烧蚀型隔热吸波涂料、复合涂层及其应用，其中吸波涂料是由改性陶瓷空心微珠、碳化硅纳米晶须、镀镍石英短切纤维、氧化铈纳米纤维组成的填充粉体材料，以及由醋酸乙烯酯‑乙烯水性共聚物乳液、乙二醇和去离子水、功能助剂的成膜物基体材料制成的；复合涂层是由独立喷涂的单层涂层、多层依次堆叠，最终达到总厚度并固化而得到的。本发明的复合涂层具有以改性陶瓷空心微珠为骨架构建的微观结构，其他填料致密的填充改性陶瓷空心微珠周围的孔隙、形成三维隔热通路，使复合涂层同时具备强隔热、低导热、耐烧蚀性能、高机械强度和电磁性能，广泛应用于提高目标高温服役工况下耐烧蚀、隔热和雷达隐身性能。技术研发人员：贺君,肖文奇,颜铄清,刘胜,邓永和受保护的技术使用者：湖南工程学院技术研发日：技术公布日：2024/7/15