納米氧化鋯基熱障燒蝕復(fù)合涂層的制備與研究.pdf

1、隨著國防技術(shù)和航天事業(yè)發(fā)展的需要，飛行器向更高再入速度、更長再入時(shí)間、小型化、輕型化以及機(jī)動(dòng)化方向發(fā)展，因此對目前的防熱措施提出了更高的要求。本文在發(fā)汗金屬陶瓷思想的啟發(fā)下，應(yīng)用等離子噴涂方法在金屬合金表面制備出用于防熱的熱障燒蝕復(fù)合涂層，并提出了熱障燒蝕概念以及防熱機(jī)理。 根據(jù)熱障燒蝕復(fù)合功能的防熱涂層需具備的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)以納米氧化鋯為基，添加一定的組分形成的涂層，在較寬溫度范圍內(nèi)均有物質(zhì)燒蝕卸載部分熱量，其殘留的多孔結(jié)構(gòu)則起到

2、進(jìn)一步提高隔熱防熱功能。本文選用低溫有耐熱有機(jī)材料A、金屬銅和低熔點(diǎn)無機(jī)材料玻璃粉三種燒蝕型材料，添加其中的一種或幾種，制備出適合噴涂用的團(tuán)聚型粉末，使用大氣等離子噴涂按照一定工藝參數(shù)沉積0.3-0.5mm厚的復(fù)合涂層。并通過燒蝕試驗(yàn)和隔熱試驗(yàn)對涂層的防熱效果和隔熱性能作出定性評價(jià)。 通過XRD、SEM、TG-DTA、IR、EPMA等測試手段對團(tuán)聚型粉末、涂層以及燒蝕后涂層的微觀結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，對團(tuán)聚型粉末的松裝密度和流動(dòng)性

3、、涂層的導(dǎo)熱系數(shù)、孔隙率和結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行了測試與分析，此外，還從涂層的結(jié)構(gòu)、成分、厚度等方面對涂層的防熱性能進(jìn)行了討論。最后得出以下結(jié)論： (1)采用噴霧造粒法制備的團(tuán)聚型粉末球型度較好，流動(dòng)性和松裝密度一般，涂層中燒蝕材料分布比較均勻。其中采用有機(jī)物A和玻璃粉作為燒蝕材料的復(fù)合涂層1＃和2＃具有抗熱沖刷性、抗熱震性和防熱性好等特點(diǎn)，在以等離子火焰為熱源進(jìn)行的燒蝕試驗(yàn)過程中，樣品2＃防熱時(shí)間達(dá)到了53.6s，其防熱效果遠(yuǎn)優(yōu)于單一納

4、米氧化鋯涂層，能夠滿足高馬赫數(shù)飛行器再入大氣層局部部位熱防護(hù)要求。 (2)通過對復(fù)合涂層燒蝕試驗(yàn)前后微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)合涂層在燒蝕試驗(yàn)中有機(jī)無機(jī)燒蝕材料確實(shí)發(fā)生燒蝕現(xiàn)象。但對玻璃粉和銅而言，僅離涂層約0.1mm厚的表層燒蝕現(xiàn)象明顯，并伴有大量孔隙出現(xiàn)。通過EPMA發(fā)現(xiàn)燒蝕材料含量大大減少，表明已汽化或揮發(fā)掉，但在涂層內(nèi)部汽化燒蝕作用不明顯，發(fā)生更多的是熔化吸熱。耐燒蝕有機(jī)材料A在經(jīng)過等離子噴涂后，涂層中含量大大減少并分解為碳?xì)?/p>

5、留在涂層中，能夠形成一定的燒蝕防熱作用，但主要作用是作為一種造孔劑在涂層中形成大量孔隙提高涂層的隔熱性能。燒蝕材料的合理添加能夠提高涂層的抗熱震性，復(fù)合涂層的抗熱震性一般要比單一氧化鋯好。 (3)對熱障燒蝕復(fù)合涂層防熱機(jī)理作了初步探討，認(rèn)為復(fù)合涂層在進(jìn)行隔熱防熱的同時(shí)，在不同的溫度條件下也同時(shí)進(jìn)行燒蝕防熱。復(fù)合涂層中加入不同的燒蝕材料，每種材料因?yàn)槎紩?huì)在一定的溫度條件下通過分解、熔化、汽化等相變過程吸收大量的熱量，所生成的氣體不