宇航材料工艺---武勇斌[1]

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1、...陶瓷隔热瓦表面SiO2-B2O3-MoSi2-SiB4涂层的制备与性能研究武勇斌1赫晓东1李军2（1.哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨，150001；2.空间物理重点实验室，北京，100076）文摘采用料浆涂覆烧结法在高温刚性隔热瓦表面制备了一种新的涂层，并利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和扫描电镜对涂层的相组成和微观结构进行了分析，对涂层在波长2.5-20μm范围内不同温度下的辐射率进行了测试。实验结果表明涂层厚度约为200μm，涂层具有双层结构，中间过渡层为多孔结构，外表面层为致密的玻璃层。在800oC时涂层总的光谱发射率达到0

2、.92。关键词料浆烧结，隔热瓦，涂层，发射率PreparationandPropertiesofSiO2-B2O3-MoSi2-SiB4CoatingforCeramicInsulationTileWuYongbin1,HeXiaodong1,LiJun2(1.CenterforCompositeMaterialsandStructures,HarbinInstituteofTechnology,Harbin,1500012.BeijingInstituteofNearspaceVehicle’sSystemsEngineering,Beijing,1

3、00076)AbstractAnewcoatingonhightemperatureinsulationtileshasbeenfabricatedbythemethodofslurrysintering.ThephasecompositionandchemicalcomponentswereanalyzedbyXRDpatternandXPS，respectively，andmicrostructuresofsurfaceandcross-sectionofas-preparedcoatingwereobservedbytheSEM.Theinfra

4、redspectralemissivitiesofcoatingsweremeasuredinthewavelengthbandbetween2.5μmand20μmatdifferenttemperature.Resultsfromexperimentdatashowedthatthecoatingwasthethicknessof200μm,comprisedaporouslayerasaninnerlayerandadenseglazelayerasanouterlayer.Andthetotalspectralemissivityoftheco

5、atingcanreachashighas0.92at800oC.KeyWordsslurrysintering，tile，coating，emissivity1引言.......不论是载人飞船的返回舱、航天飞机，还是空天飞机、高超声速飞行器以及超声速巡航导弹等，都面临着在大气层中高马赫数飞行时，在其表面的气动加热的问题[1]。采用热防护结构是解决气动加热问题的途径之一。现在的热防护的基本结构为：吸热式防热结构、烧蚀性结构、辐射式防热结构以及传质换热热防护结构。辐射式防热是在其表面涂有高辐射涂层，在受热并温度升高时，它将以辐射的形式向周围散出大量的热量

6、。合理的设计可以耗散气动热的绝大部分，并且辐射式散热过程只是个物理过程，不存在热层材料的消耗与衰退。因此，辐射式防热结构是一种重要的防热机构。美国专利US4093771[2]公开了一种在石英刚性陶瓷隔热瓦表面制备的反应固化涂层RCG，其中辐射剂为硼的硅化物，粘接剂为氧化硼、氧化硅、硼酸等，该涂层较为致密防水，但是其涂层热震性较差。美国专利US5296288[3]提供了一种用SiO2粉末、硅溶胶、水和辐射剂（SiB4、SiB6、SiC、MoSi2、WSi2、ZrB2中的一种或几种）制备的防护涂层，该涂层有有效降低表面温度，但是该涂层为多孔结构，容易吸收。

7、美国在第二代刚性隔热瓦耐火纤维复合材料绝热瓦FRCI和氧化铝增强隔热瓦ATEB上涂装的TUFI涂层[4,5]，是将玻璃粘接剂和高辐射剂MoSi2混合物喷涂在隔热瓦基体上，使瓦顶致密度达到60%，密度从表面沿厚度方向递减，其表面的过孔性可以阻止裂纹扩展，但是该涂层厚度为2.5mm厚，一方面增加了瓦的重量，另一方面其表面多孔性也使其会有一定程度的吸潮。功能梯度材料是指材料的组成和结构从材料某一方位向另一方位连续或准连续变化，使材料的性能和功能也呈现出梯度变化的一种新型功能材料。目前，陶瓷隔热瓦仍是美国高超声速飞行器的大面积及特殊部位隔热结构设计过程中重要的

8、材料方案。美国X-43A机身上表面使用了带TUFI涂层的AETB陶瓷隔热瓦，成功完成了最大飞行