一种耐高温莫来石/SiCN复合吸波涂层及其制备方法与流程

一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及高温吸波涂层材料技术领域，具体涉及一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，微波吸收材料的研究促进了微波技术更好的用于民用通信等领域，通过进一步开发，这些微波吸收材料变得更薄、更轻、更高效，其中吸波涂层是微波吸收材料应用的一种重要形式，具有施工方便、吸波性能好、不易影响基材的原有状态等优点。然而，大多数当前常温下有效的吸波材料由于在高温(＞700k)下失去磁性而失效，研发耐高温吸波涂层材料成为亟待解决的关键技术。同时，理想的耐高温吸波涂层需要厚度薄、吸收强、抗热震性能好，以此更好的满足使用需求。
3.中国农业机械化科学研究院何箐等人采用磷酸盐玻璃黏结剂和分散剂,使用改性的β
–
sic材料作为吸收剂，采用电弧喷涂制备厚约50μm的ni-al金属粘结层，以减少吸波涂层和基体间的热膨胀系数差异，并采用火焰喷涂方法在碳钢表面制备吸波涂层,涂层厚度控制在1mm左右。中国钢研科技集团有限公司吕艳红应用机械化学法将纳米碳化硅包覆在微米镍粉表面制备纳米复合镍粉吸波材料，采用等离子喷涂工艺在铝板表面制备了纳米复合镍粉/羰基铁粉双层吸波涂层，并研究了sic在复合材料中的含量变化对涂层吸波性能的影响。m.b
é
gard等以baco3、co3o4、tio2和fe2o3为原料，通过固态反应合成了co、ti取代钡铁氧体bacotife
10o19
，并采用高速火焰喷涂(hvof)和大气等离子喷涂(aps)在玻璃陶瓷基体上制备了吸波涂层，研究结果表明通过热喷涂制备的钡铁氧体涂层适合用作微波和毫米波的吸波材料。
4.高温吸波涂层材料以陶瓷材料为主，由于陶瓷导热性能比较差，快速的升温或降温会在陶瓷内部形成温度差，而吸波涂层为提高吸波性能往往厚度较厚，涂层内部更易产生较大热应力，导致涂层起层、开裂和附着力下降等问题，甚至会出现损坏和脱落，从而制约吸波材料的性能。现阶段研究采取的主要措施是针对不同的基材选择合适热膨胀系数的材料作为过渡层，但此种解决方式会增加涂层的厚度以及质量，不符合涂层减重的指标，并且适配sicf/sic陶瓷基复合材料的涂层材料研究相对较少。本发明旨在克服现有方法的不足之处，提供一种耐高温双连续结构球形吸波复合粉体的制备方法，通过调控复合粉体中莫来石相、sicn相的组分含量及粒度实现双连续结构，该粉体组元相均与sicf/sic复材具备良好的热匹配性，且球形状的复合粉体具备良好的流动性，利于等离子喷涂制备涂层，所制备涂层能够与sicf/sic陶瓷基复合材料基材保持良好的热匹配性能，无需进一步引入过渡层，有利于材料的轻量化，此外，莫来石相能起到阻抗匹配的作用，sicn相为吸波剂，双连续结构可确保材料性能的均质复合，材料所制备的涂层满足阻抗匹配要求，具有良好的吸波性能。
5.现有方法的不足之处主要包括：现有的耐高温吸波涂层材料要实现吸波性能指标，其最终涂层往往需要借助热匹配层来增强涂层的热震性能，而热匹配层的引入会增加
涂层的整体重量，不符合轻量化的指标。此外，现阶段面向sicf/sic陶瓷基复合材料基材开展的吸波涂层研究工作相对较少，缺乏相应的具备良好吸波性能及热震性能的可供选择参考的耐高温涂层材料体系。
6.因此，发明人提供了一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层及其制备方法。


技术实现要素：

7.(1)要解决的技术问题
8.本发明实施例提供了一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层及其制备方法，解决了现有的耐高温吸波涂层由于需要借助热匹配层来增强涂层的热震性能而导致涂层整体重量增加的技术问题。
9.(2)技术方案
10.本发明的第一方面提供了一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层，是以莫来石/sicn复合粉体为原料在基体上制备的一层厚度大于或等于0.4mm的吸波涂层；其中，所述莫来石/sicn复合粉体包括莫来石粉体和sicn粉体，所述莫来石粉体与所述sicn粉体的质量比为1.5～9:1。
11.进一步地，所述基体为sicf/sic陶瓷基复合材料。
12.进一步地，所述吸波涂层的厚度为0.4mm0.6mm。
13.进一步地，所述莫来石/sicn复合粉体是采用喷雾干燥造粒工艺制备得到的双连续结构球形复合粉体。
14.进一步地，所述莫来石/sicn复合粉体的粒径为30μm80μm。
15.本发明的第二方面提供了一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层的制备方法，包括以下步骤：
16.将莫来石粉体、sicn粉体、粘结剂及去离子水混合均匀，得到悬浊液；
17.采用喷雾干燥造粒工艺对所述悬浊液至进行粉体制备，将得到的粉体进行烘干处理并经过检验筛，得到莫来石/sicn双连续结构复合粉体；
18.对基体的待喷涂表面进行粗糙化处理，并清除基体表面残留的砂粒，使基体表面达到预设粗糙度；
19.以设定温度对所述基体进行预热处理；
20.将所述莫来石/sicn双连续结构复合粉体喷涂在所述基体上，以形成莫来石/sicn复合吸波涂层。
21.进一步地，所述将莫来石粉体、sicn粉体、粘结剂及去离子水混合均匀，得到悬浊液，具体为：
22.采用球磨方式进行混合得到所述悬浊液，球磨转速为150rpm420rpm，球磨时间为2.5h5h，球料比为4～6:1。
23.进一步地，所述喷雾干燥造粒工艺的参数为：进口温度200℃～300℃，出口温度120℃～160℃，喷头转速25hz～40hz，蠕动泵转速30rpm～45rpm。
24.进一步地，所述以设定温度对所述基体进行预热处理，具体为：
25.采用等离子喷枪对所述基体进行预热处理，控制所述基体的温度为110℃～150℃。
26.进一步地，所述莫来石粉体与所述sicn粉体的质量百分比为1.5～9:1。
27.(3)有益效果
28.综上，本发明通过组分含量及粉体粒度调控，可实现复合粉体的双连续结构，这能够充分发挥莫来石相的阻抗匹配性能以及sicn相的吸波性能，所制备的涂层因此具备良好的吸波性能。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明实施例提供的一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层的制备方法的流程示意图；
31.图2是本发明实施例提供的一种sic/sic平板表面在制备耐高温莫来石/sicn吸波涂层前后的反射损耗性能对比图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本技术。
34.本发明实施例提供的一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层，是以莫来石/sicn复合粉体为原料在基体上制备的一层厚度大于或等于0.4mm的吸波涂层；其中，莫来石/sicn复合粉体包括莫来石粉体和sicn粉体，莫来石粉体与sicn粉体的质量比为1.5～9:1，sicn粉体的粒径为1～10μm。
35.在上述实施方式中，涂层与sic/sic陶瓷基复合材料热匹配性能良好，不易开裂、附着力强，且无需引入过渡层，可避免因此造成的质量增加问题。通过组分含量及粉体粒度调控，可实现复合粉体的双连续结构，这能够充分发挥莫来石相的阻抗匹配性能以及sicn相的吸波性能，所制备的涂层因此具备良好的吸波性能。涂层所用复合粉体具备良好的流动性且成分分布均匀。
36.其中，粘结剂可以选用聚乙烯醇(pva，polyvinyl alcohol)。
37.作为一种可选的实施方式，基体为sicf/sic陶瓷基复合材料。其中，复合吸波涂层的组元相均与sicf/sic复材热膨胀系数相近，所制备涂层能够与sicf/sic陶瓷基复合材料基材保持良好的热匹配性能。
38.作为一种可选的实施方式，吸波涂层的厚度为0.4mm0.6mm。其中，该吸波涂层的厚度是依据具体的吸波性能确定的，厚度较小会导致吸波性能不佳，厚度较大则会减弱涂层与基体的结合强度。
39.作为一种可选的实施方式，莫来石/sicn复合粉体是采用喷雾干燥造粒工艺制备
得到的双连续结构球形复合粉体。具体地，喷雾干燥造粒工艺是制备粉体的常规工艺，但针对不同类型的粉体，具体的工艺参数是完全不同的，喷雾干燥造粒工艺的参数为：进口温度200℃～300℃，出口温度120℃～160℃，喷头转速25hz～40hz，蠕动泵转速30rpm～45rpm。
40.作为一种可选的实施方式，莫来石/sicn复合粉体的粒径为30μm80μm。其中，该粒径范围的复合粉体有助于涂层的涂覆。
41.图1是本发明实施例提供的一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层的制备方法的流程示意图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
42.s100、将莫来石粉体、sicn粉体、粘结剂及去离子水混合均匀，得到悬浊液；
43.s200、采用喷雾干燥造粒工艺对悬浊液至进行粉体制备，将得到的粉体进行烘干处理并经过检验筛，得到莫来石/sicn双连续结构复合粉体；
44.s300、对基体的待喷涂表面进行粗糙化处理，并清除基体表面残留的砂粒，使基体表面达到预设粗糙度；
45.s400、以设定温度对基体进行预热处理；
46.s500、将莫来石/sicn双连续结构复合粉体喷涂在基体上，以形成莫来石/sicn复合吸波涂层。
47.在上述实施方式中，步骤s300中，采用20～60目的白刚玉砂对基体的待喷涂表面进行粗糙化处理，采用压缩空气将基体表面残留的砂粒吹净，使基体表面粗糙度(ra)达到4μm～7μm。
48.步骤s400中，采用等离子喷枪对基体进行预热处理，控制基体温度为110℃～150℃。
49.步骤s500中，采用等离子喷涂工艺将莫来石/sicn复合粉体喷涂在基体上，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，在基体上形成莫来石/sicn复合吸波涂层。利于等离子喷涂，所制备的涂层物质分布更加均匀，并且能够减少涂层内部缺陷。
50.其中，等离子喷涂工艺喷的工艺参数如下：喷涂距离为80mm～95mm，电流为800a～900a，主气(氩气)流量为70l/min～90l/min，辅气(氦气)流量为30l/min～50l/min，载气(氩气)流量为8l/min～12l/min，送粉率为3～4rpm。
51.作为一种可选的实施方式，将莫来石粉体、sicn粉体、粘结剂及去离子水混合均匀，得到悬浊液，具体为：采用球磨方式进行混合得到悬浊液，球磨转速为150rpm420rpm，球磨时间为2.5h5h，球料比为4～6:1。
52.其中，上述球磨的具体工艺参数是依据本发明所选取的特定组分及含量的悬浊液而特定选取的。
53.作为一种可选的实施方式，以设定温度对基体进行预热处理，具体为：采用等离子喷枪对基体进行预热处理，控制基体的温度为110℃～150℃。
54.其中，上述预热处理工艺的温度参数是常规选取，其目的是便于提高涂层与基体的结合力。
55.作为一种可选的实施方式，粉体悬浊液中莫来石粉体和sicn粉体的质量百分数之和为30％～50％，粘结剂的质量百分数为0.21％～0.54％，莫来石粉体与sicn粉体的质量百分比为1.5～9:1。其中，该悬浊液的组分含量的选取是为了便于制备出耐高温双连续结构球形吸波粉体而特定选取的，是与现有的高温吸波涂层材料具有巨大差异的，用以保证
复合粉体中起阻抗匹配作用的莫来石相与作为吸波剂的sicn相性能能够均质复合。
56.实施例1
57.(1)将268g莫来石粉体、32gsicn粉体、1.5gpva(聚乙烯醇)以及450g去离子水加入球磨罐，球料比为5:1，在200rpm球磨转速下球磨4.5h，使各成分混合均匀，得到悬浊液；
58.(2)将悬浊液转移至喷雾干燥造粒塔中进行粉体制备，将制备收集得到的粉体置于130℃的烘箱中干燥24h，并经过检验筛得到粒径为30μm～80μm的莫来石/sicn双连续结构复合粉体；其中，喷雾干燥造粒工艺参数如下：进口温度220℃，出口温度150℃，喷头转速35hz，蠕动泵转速40rpm；
59.(3)采用20～60目的白刚玉砂对基体的待喷涂表面进行粗糙化处理，采用压缩空气将基体表面残留的砂粒吹净，使基体表面粗糙度(ra)达到6μm；
60.(4)采用等离子喷枪对基体进行预热处理，控制基体温度为140℃；
61.(5)采用等离子喷涂工艺将莫来石/sicn复合粉体喷涂在基体上，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，在基体上形成莫来石/sicn复合吸波涂层，涂层厚度为0.6mm；
62.其中，等离子喷涂工艺喷的工艺参数如下：喷涂距离为85mm，电流为850a，主气(氩气)流量为80l/min，辅气(氦气)流量为38l/min，载气(氩气)流量为10l/min，送粉率为3.8rpm。
63.如图2所示，实施例1制备出的复合吸波涂层相比于在喷涂涂层前的反射损耗性能提升了不少，从而提升了吸波涂层的整体吸波性能。
64.实施例2
65.(1)将257g莫来石粉体、43gsicn粉体、1.6gpva(聚乙烯醇)以及460g去离子水加入球磨罐，球料比为4:1，在300rpm球磨转速下球磨4h，使各成分混合均匀，得到悬浊液；
66.(2)将悬浊液转移至喷雾干燥造粒塔中进行粉体制备，将制备收集得到的粉体置于130℃的烘箱中干燥24h，并经过检验筛得到粒径为30μm～80μm的莫来石/sicn双连续结构复合粉体；其中，喷雾干燥造粒工艺参数如下：进口温度240℃，出口温度150℃，喷头转速30hz，蠕动泵转速35rpm；
67.(3)采用20～60目的白刚玉砂对基体的待喷涂表面进行粗糙化处理，采用压缩空气将基体表面残留的砂粒吹净，使基体表面粗糙度(ra)达到6μm；
68.(4)采用等离子喷枪对基体进行预热处理，控制基体温度为120℃；
69.(5)采用等离子喷涂工艺将莫来石/sicn复合粉体喷涂在基体上，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，在基体上形成莫来石/sicn复合吸波涂层，涂层厚度为0.5mm；其中，等离子喷涂工艺喷的工艺参数如下：喷涂距离为90mm，电流为880a，主气(氩气)流量为84l/min，辅气(氦气)流量为42l/min，载气(氩气)流量为11l/min，送粉率为3.6rpm。
70.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
71.以上仅为本技术的实施例而已，并不限制于本技术。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层，其特征在于，是以莫来石/sicn复合粉体为原料在基体上制备的一层厚度大于或等于0.4mm的吸波涂层；其中，所述莫来石/sicn复合粉体包括莫来石粉体和sicn粉体，所述莫来石粉体与所述sicn粉体的质量比为1.5～9:1。2.根据权利要求1所述的耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层，其特征在于，所述基体为sicf/sic陶瓷基复合材料。3.根据权利要求1所述的耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层，其特征在于，所述吸波涂层的厚度为0.4mm0.6mm。4.根据权利要求1所述的耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层，其特征在于，所述莫来石/sicn复合粉体是采用喷雾干燥造粒工艺制备得到的双连续结构球形复合粉体。5.根据权利要求1所述的耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层，其特征在于，所述莫来石/sicn复合粉体的粒径为30μm80μm。6.一种如权利要求1-5中任一项所述的耐高温莫来石/sicn复合吸波涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将莫来石粉体、sicn粉体、粘结剂及去离子水混合均匀，得到悬浊液；采用喷雾干燥造粒工艺对所述悬浊液至进行粉体制备，将得到的粉体进行烘干处理并经过检验筛，得到莫来石/sicn双连续结构复合粉体；对基体的待喷涂表面进行粗糙化处理，并清除基体表面残留的砂粒，使基体表面达到预设粗糙度；以设定温度对所述基体进行预热处理；将所述莫来石/sicn双连续结构复合粉体喷涂在所述基体上，以形成莫来石/sicn复合吸波涂层。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将莫来石粉体、sicn粉体、粘结剂及去离子水混合均匀，得到悬浊液，具体为：采用球磨方式进行混合得到所述悬浊液，球磨转速为150rpm420rpm，球磨时间为2.5h5h，球料比为4～6:1。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥造粒工艺的参数为：进口温度200℃～300℃，出口温度120℃～160℃，喷头转速25hz～40hz，蠕动泵转速30rpm～45rpm。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述以设定温度对所述基体进行预热处理，具体为：采用等离子喷枪对所述基体进行预热处理，控制所述基体的温度为110℃～150℃。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述莫来石粉体与所述sicn粉体的质量百分比为1.5～9:1。

技术总结
本发明涉及高温吸波涂层材料技术领域，具体涉及一种耐高温莫来石/SiCN复合吸波涂层及其制备方法。该吸波涂层是以莫来石/SiCN复合粉体为原料在基体上制备的一层厚度大于或等于0.4mm的吸波涂层；其中，莫来石/SiCN复合粉体包括莫来石粉体和SiCN粉体，莫来石粉体与SiCN粉体的质量比为1.5～9:1。该耐高温莫来石/SiCN复合吸波涂层及其制备方法的目的是解决现有的耐高温吸波涂层由于需要借助热匹配层来增强涂层的热震性能而导致涂层整体重量增加的问题。增加的问题。增加的问题。


技术研发人员：徐俊杰 邱海鹏 王岭 王晓猛 陈义 马新
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/5