SiO2f/SiO2复合材料表面高温高发射率红外辐射涂层的制备与研究

摘要

热防护系统（TPS）是航天飞行器的重要结构，保护飞行器以高速穿越大气层时避免破坏与烧毁。本文以航天飞行器热防护系统为研究背景，在石英纤维增强石英复合材料表面制备高发射率红外辐射涂层，提高热防护系统的防隔热效率。
　　本文以热膨胀系数较低的SiO2为基料，Fe2O3、Cr2O3为主要辐射剂，MnO2、Co2O3、NiO为高辐射添加剂，采用喷雾干燥法制备团聚粉末，运用等离子喷涂技术制备高发射率红外辐射涂层。通过探究确定了基料与主要辐射剂以及主要辐射剂之间的最佳比例，获得了既具有较高发射率，又具有优异抗热震性能的涂层体系。
　　采用喷雾干燥方法制备的粉末，各组分之间仅为简单的物理粘结作用，需要对粉末进行焙烧，以获得良好高温稳定性和较高红外辐射率的尖晶石相。通过实验确定粉末的焙烧温度为1250℃，焙烧时间为半个小时。经喷雾干燥制备后的粉末在焙烧前后都呈球状，经过焙烧后粒径变大，流动性有所降低，但能够满足等离子喷涂工艺的要求。
　　等离子喷涂后的涂层与焙烧粉末的高辐射相成分相同，都是混合尖晶石结构，但是尖晶石结构的结晶度降低。对于相同成分主要辐射剂只含有Cr2O3的A、B、C样品，涂层在3~5μm波段发射率在0.71~0.79之间；在1~22μm发射率较高，在0.80~0.87之间；随着主要辐射剂 Cr2O3含量的降低，涂层在短波段和全波段的发射率逐渐降低。对于相同成分主要辐射剂含有Cr2O3、Fe2O3两种成分的D、E、F样，涂层在3~5μm波段发射率明显提高，在0.80~0.83之间；在1~22μm发射率较高，在0.86~0.88之间；随着Cr2O3与 Fe2O3比例降低，涂层在短波段的发射率逐渐升高，但是升高幅度不大，在长波段的发射率则无明显差别。各成分的涂层发射率随着温度的升高均有一定程度的提高。制备的涂层具有良好的结合强度与抗热震性能。所有涂层样品中，B样与 E样既具有较高发射率，又具有优异抗热震性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 红外辐射理论基础

1.3红外辐射材料

1.4热防护结构表面高发射率涂层的研究

1.5课题研究目的及主要内容

第二章 实验方案及研究方法

2.1实验方案设计

2.2实验原料及主要的仪器设备

2.3喷涂用红外辐射粉末及涂层样品的制备

2.4主要的分析测试和表征手段

第三章 红外辐射粉末的制备与结构性能研究

3.1红外辐射粉末的制备

3.2焙烧温度对粉末材料结构的影响

3.3粉末材料的组成与结构分析

3.4粉末工艺性能测试与分析

3.5本章小结

第四章 红外辐射涂层的制备与结构性能研究

4.1 高发射率红外辐射涂层的制备

4.2 高发射率红外辐射涂层的组成结构分析

4.3 涂层的性能测试与分析

4.4涂层复合材料的性能测试与分析

4.5本章小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果