石墨烯掺杂SiO2基高发射率涂层的制备与性能研究

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1、硕士学位论文石墨烯掺杂SiO2基高发射率涂层的制备与性能研究PREPARATIONANDINVESTIGATIONOFGRAPHENEDOPEDSiO2-BASEDHIGHEMISSIVITYCOATINGS何世峰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文石墨烯掺杂SiO2基高发射率涂层的制备与性能研究硕士研究生：何世峰导师：李建军讲师申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:TB332U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDINVESTIGATIONOFGRAPHENEDOPEDSiO2-BASEDHIGHEMISSIVITYCOATINGSCandidate：HeShifengSupervisor：LecturerLiJianjunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScien

3、ceAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要超高音速飞行器在空天战略中具有非常重要的作用，其设计飞行速度也越来越快。这意味着气动加热更加剧烈，将对飞行器表面材料产生极大的危害。高发射率涂层可以将飞行器表面聚集的热量快速的辐射出去，降低飞行器表面温度，提高飞行器的防热能力。本文以SiO2为涂层基料，采用机

4、械搅拌、超声分散的方法将氧化石墨烯掺入涂层浆料中，将氧化石墨烯掺杂的涂层浆料喷涂在可伐合金基体表面进行高温烧结制备出石墨烯掺杂的SiO2基高发射率涂层。利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察涂层的形貌，探究氧化石墨烯在涂层内部的分布状态以及对涂层微观组织形貌的影响。利用傅里叶红外光谱仪研究涂层的微观结构。利用拉曼光谱仪对涂层中掺杂的氧化石墨烯进行表征，分析烧结过程中氧化石墨烯结构的变化。利用X射线衍射分析对涂层物相进行分析。利用辐射能量法对涂层在500℃和800℃时的红外发射率进行测试，并对涂层红外发射率的增强机制

5、进行分析。在500℃至室温的温度范围内进行抗热震试验，研究热循环过程中涂层形貌、结构、物相的变化以及红外发射率的稳定性。采用喷涂烧结法制备的涂层表面平整，涂层与合金基体结合良好，涂层中存在大量孔状结构。氧化石墨烯在涂层中充分扩展，没有出现团聚现象。氧化石墨烯表面吸附了大量的涂层颗粒，在涂层中形成了片状结构。孔状结构和片状结构的形成有助于提高涂层的红外发射率。掺杂氧化石墨烯提高了涂层的红外发射率，并且红外发射率随着氧化石墨烯掺杂含量的增加而增大。未掺杂氧化石墨烯的涂层在500℃和800℃下的红外发射率分别为0.84和0

6、.86，掺杂5wt%氧化石墨烯的涂层在500℃和800℃下的红外发射率分别为0.9和0.94。在经过120次热循环后，掺杂3wt%氧化石墨烯的涂层在500℃和800℃下的红外发射率保持在0.9以上，具有良好的稳定性。未掺杂氧化石墨烯的涂层具有良好的抗热震性能，在经过480次热循环后涂层表面没有出现脱落现象，掺杂1wt%、3wt%、5wt%氧化石墨烯的涂层分别经过360次、270次、180次热循环后涂层表面出现脱落。氧化石墨烯的掺入降低了涂层的抗热震性能，并且氧化石墨烯的掺杂量越大，对抗热震性能的损害越严重。关键词：高

7、发射率涂层；氧化石墨烯；抗热震性能；孔状结构；片状结构-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractHypersonicvehicleplaysaveryimportantroleinthespacestrategy,anditsdesignflightspeedisgettingfasterandfaster.Itmeansthattheaerodynamicheatingismoreintenseandwillcausegreatharmtothesurfacematerialsoftheaircraft.

8、Highemissivitycoatingcanradiatetheheataccumulatedonthesurfaceoftheaircraftrapidly,reducethesurfacetemperatureoftheaircraft,andimprovethethermalprotectioncapabilityoftheaircr