CN103880426A - 一种宽频带碳化硅耐高温吸波涂层及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种宽频带碳化硅耐高温吸波涂层及制备方法，主要解决的是现有吸波涂层耐高温性能差、工艺复杂等问题。上述吸波涂层以碳化硅微粉作为主要吸波剂，通过控制加入不同形貌碳化硅微粉的比例调节涂层吸波频带。制备方法：1.涂料配制：按量称取碳化硅微粉，氧化物，硅酸盐粘结剂，表面活性剂，去离子水，将上述原料混合后球磨4h得到吸波涂料。2.涂层制备：将作为基体的合金进行喷砂处理，再采用热喷涂的方法在基体喷上一层含有NiCr AlY过渡层。在过渡层上喷涂所配置的吸波涂料，将涂层常温晾干，涂层达到表干后，放置于烘箱中干燥，干燥温度在50-180℃之间。干燥后涂层600℃-1200℃热处理1-12h。涂层随炉降温后，得到耐高温吸波涂层，所制得的吸波涂层吸波频带主要在2-20GHz之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽频带碳化硅耐高温吸波涂层及制备方法，具体涉及一种以碳化硅为主要吸波剂的耐高温吸波涂层，属于涂层技术领域。
背景技术
吸波材料是指能够衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。吸波涂层是指将吸波材料通过一定的结构设计，涂覆于基体表面，使之具有吸波能力的一种功能性涂层。目前，吸波涂层所采用的吸波剂可分为电损耗和磁损耗两类。磁损耗材料主要有铁氧体，羰基铁粉等，这类材料在常温下具有较好的吸波性能，但温度超过材料居里点后，会完全丧失吸波性能，不适合在高温下使用。电损耗材料包括碳化硅，钛酸钡以及导电高聚物等。
关于吸波涂层的研制，国内外已有一些报道。美国研制出六角晶型铁氧体，并以60%的质量分数与环氧树脂制成的雷达吸波涂层，该涂层在1.12mm厚度下，在17.4GHz具有最大吸收峰12.3dB。日本研制出一种阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的双层结构宽频吸收涂层，可吸收1-12GHz的雷达波。国内吸波涂层的研究内容主要有，铁磁性铁氧体吸波涂层，碳化硅吸波涂层以及碳纤维吸波涂层等。
目前航空发动机等设备工作环境温度高，并且伴随着强烈的气流冲刷和热冲击。这就要求所采用的吸波涂层不仅需要吸收频带宽，并且要具有耐高温，抗氧化，结合力好和抗热震的性能。这是以往的吸波涂层所无法达到的。
发明内容
本发明主要解决的是现有吸波涂层耐高温性能差、工艺复杂及吸收频带满足不了实际需要的问题，提供了一种宽频带碳化硅耐高温吸波涂层及制备方法。
所述的宽频带碳化硅耐高温吸波涂层，采用下述配方(按重量份数)：吸波剂10-50份；纳米氧化铝微粉2-10份；纳米氧化镁微粉2-10份；氧化物5-15份；粘结剂15-45份；表面活性剂0.5-5份；去离子水10-50份。
上述吸波剂为球形颗粒状纳米碳化硅吸波剂，碳化硅纳米线，一定长径比的杆状碳化硅，栾晶碳化硅中的一种或几种；
上述氧化物为二氧化钛、氧化锌、二氧化硅中的一种或几种，较好的为二氧化钛。
上述表面活性剂为甘油、乙二醇、聚乙二醇中的一种或几种，较佳的配比为甘油2份，乙二醇1份。
上述粘结剂为硅酸钾、硅酸钠、硅酸铝、硅酸锂中的一种，较好的为硅酸钾。
制备上述宽频带碳化硅耐高温吸波涂层的方法是通过下述工艺步骤实现的：
步骤A.按量称取吸波剂，纳米氧化铝微粉，纳米氧化镁微粉，氧化物，表面活性剂，加入到去离子水中，再加入粘结剂，球磨混合1-24h后得到吸波涂料。
步骤B.将金属基板经过喷砂处理，再采用热喷涂的方式，在其上喷涂一层厚度为0.15-0.35mm厚的金属过渡层。在金属过渡层上喷涂上步制得的吸波涂料，涂料厚度0.2mm-2mm。常温晾干1-24h后，放入干燥箱中50-180℃干燥，之后在600℃-1200℃下热处理1-12h。最终得到吸波涂层。
上述步骤A中的吸波剂为碳化硅，碳化硅随着形貌的变化，吸波频带也不相同，通过不同形貌碳化硅加入比例的调节，可以在2-20GHz内调整涂层整体的吸波性能，使涂层的吸波性能达到要求。
涂层在干燥和热处理过程中，水和表面活性剂会失去，剩余物质在经过高温煅烧后，形成陶瓷相，形成陶瓷相后，涂层的耐高温性能，耐水性能，抗冲刷、抗热震性能均有大幅度提高。在700℃以上温度焙烧后，涂层能够耐受950℃高温热气流冲刷以及室温至950℃冷热循环交替变化环境。
本发明的有益效果：本发明的吸波涂层具有耐高温性能好，吸波频带宽，抗热震性能好，涂层结合力好，能够耐高温气流冲刷的性能。能够满足航空发动机工作条件下，对于吸波性能的要求。
具体实施方式
实施例1
称取球形颗粒状碳化硅10份，碳化硅纳米线12份，长径比为15的杆状碳化硅12份，二氧化钛10份，氧化铝3份，氧化镁3份，将上述原料加入27份的硅酸钠中，再加入表面活性剂甘油2份以及去离子水21份。在球磨机中混合4h后，得到吸波涂料。
将GH3030高温合金板喷砂处理，采用等离子喷涂的方式在合金板上喷一层含有NiCr AlY的过渡层，厚度为0.15mm；在过渡层上喷涂一层吸波涂料，厚度控制在0.5mm，常温晾干12h，在700℃下热处理8h，得到吸波涂层。
实施例2
称取球形颗粒状碳化硅2份，碳化硅纳米线10份，长径比为15的杆状碳化硅8份，栾晶碳化硅4份，二氧化钛6份，氧化铝4份，氧化镁4份，将上述原料加入22份的硅酸钾中，再加入表面活性剂甘油3份以及去离子水37份。在球磨机中混合4h后，得到吸波涂料。
将GH3030高温合金板喷砂处理，采用等离子喷涂的方式在合金板上喷一层含有NiCr AlY的过渡层，厚度为0.15mm；在过渡层上喷涂一层吸波涂料，厚度控制在1.5mm，常温晾干24h，在900℃下热处理2h，得到吸波涂层。
实施例3
称取球形颗粒状碳化硅5份，碳化硅纳米线8份，长径比为15的杆状碳化硅9份，二氧化钛8份，氧化铝6份，氧化镁6份，将上述原料加入22份的硅酸钠中，再加入表面活性剂甘油2份与乙二醇1份以及去离子水34份。在球磨机中混合4h后，得到吸波涂料。
将GH3030高温合金板喷砂处理，采用等离子喷涂的方式在合金板上喷一层含有NiCr AlY的过渡层，厚度为0.15mm；在过渡层上喷涂一层吸波涂料，厚度控制在1mm，常温晾干16h，在900℃下热处理2h，得到吸波涂层。
Claims (6)
1.一种宽频带碳化硅耐高温吸波涂层，该吸波涂层按重量份数采用下述配方：吸波剂10-50份；纳米氧化铝微粉2-10份；纳米氧化镁微粉2-10份；氧化物5-15份；粘结剂15-45份；表面活性剂0.5-5份；去离子水10-50份。
2.如权利要求1所述的宽频带碳化硅耐高温吸波涂层，其所述的吸波剂为球形颗粒状纳米碳化硅吸波剂、碳化硅纳米线、一定长径比的杆状碳化硅或栾晶碳化硅中的一种或几种；上述氧化物为二氧化钛、氧化锌、二氧化硅中的一种或几种；上述表面活性剂为甘油、乙二醇或聚乙二醇中的一种或几种；上述粘结剂为硅酸钾、硅酸钠、硅酸铝或硅酸锂中的一种。
3.制备如权利要求1所述的宽频带碳化硅耐高温吸波涂层的方法，该方法是通过下述工艺步骤实现的：
步骤A.按量称取吸波剂，纳米氧化铝微粉，纳米氧化镁微粉，氧化物，表面活性剂，加入到去离子水中，再加入粘结剂，球磨混合1-24h后得到吸波涂料；
步骤B.将金属基板经过喷砂处理，再采用热喷涂的方式，在其上喷涂一层厚度为0.15-0.35mm厚的金属过渡层，在金属过渡层上喷涂上步制得的吸波涂料，涂料厚度0.2mm-2mm，常温晾干1-24h后，放入干燥箱中50-180℃干燥，之后在600℃-1200℃下热处理1-12h，最终得到吸波涂层；
上述步骤A中的碳化硅随着形貌的不同，吸波频带也不相同，通过不同形貌碳化硅加入比例的调节，可以在2-20GHz内调整涂层整体的吸波性能，使涂层的吸波性能达到要求。
4.如权利要求3所述的宽频带碳化硅耐高温吸波涂层的制备方法，该方法的具体步骤：
称取球形颗粒状碳化硅10份，碳化硅纳米线12份，长径比为15的杆状碳化硅12份，二氧化钛10份，纳米氧化铝3份，纳米氧化镁3份，将上述原料加入27份的硅酸钠中，再加入表面活性剂甘油2份以及去离子水21份，在球磨机中混合4h后，得到吸波涂料；
将GH3030高温合金板喷砂处理，采用等离子喷涂的方式在合金板上喷一层含有NiCr AlY的过渡层，厚度为0.15mm；在过渡层上喷涂一层吸波涂料，厚度控制在0.5mm，常温晾干12h，在700℃下热处理8h，得到吸波涂层。
5.如权利要求3所述的宽频带碳化硅耐高温吸波涂层的制备方法，该方法的具体步骤：
称取球形颗粒状碳化硅2份，碳化硅纳米线10份，长径比为15的杆状碳化硅8份，栾晶碳化硅4份，二氧化钛6份，纳米氧化铝4份，纳米氧化镁4份，将上述原料加入22份的硅酸钾中，再加入表面活性剂甘油3份以及去离子水37份，在球磨机中混合4h后，得到吸波涂料；
将GH3030高温合金板喷砂处理，采用等离子喷涂的方式在合金板上喷一层含有NiCr AlY的过渡层，厚度为0.15mm；在过渡层上喷涂一层吸波涂料，厚度控制在1.5mm，常温晾干24h，在900℃下热处理2h，得到吸波涂层。
6.如权利要求3所述的宽频带碳化硅耐高温吸波涂层的制备方法，该方法的具体步骤：
称取球形颗粒状碳化硅5份，碳化硅纳米线8份，长径比为15的杆状碳化硅9份，二氧化钛8份，纳米氧化铝6份，纳米氧化镁6份，将上述原料加入22份的硅酸钠水玻璃中，再加入表面活性剂甘油2份与乙二醇1份以及去离子水34份，在球磨机中混合4h后，得到吸波涂料；
将GH3030高温合金板喷砂处理，采用等离子喷涂的方式在合金板上喷一层含有NiCr AlY的过渡层，厚度为0.15mm；在过渡层上喷涂一层吸波涂料，厚度控制在1mm，常温晾干16h，在900℃下热处理2h，得到吸波涂层。
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