陶瓷纤维隔热瓦及其高发射涂层的研究进展

陶瓷纤维隔热瓦具有密度低、耐高温、热导率低和透波性能优良等特点,适合用作航天飞行器中、低温区的热防护材料。高发射涂层应用于陶瓷纤维隔热瓦表面,可有效解决陶瓷纤维隔热瓦易吸潮、强度低和服役过程中易出现性能下降等问题,同时阻隔高温冲刷气流,提高能量反射率与抗热冲击性。本文主要介绍了陶瓷纤维隔热瓦的制备方法及性能影响因素,概括了陶瓷纤维隔热瓦及其高发射涂层在航空航天领域的研究进展,并对其未来发展进行了展望。

黑体涂层宽温区红外光谱发射率特性研究(内封面文章)

为了研究高发射率黑体涂层的宽温区红外辐射特性,基于两种发射率测量装置测量了应用于不同温度场景的JSC-3和GR两种涂层宽温区3~14μm内的光谱发射率。其中JSC-3和GR涂层的测量温度范围分别是室温~1000℃和室温~150℃。分析了两种涂层光谱发射率与温度之间的关系以及不同角度下方向光谱发射率的变化。实验结果表明:宽温区内JSC-3和GR涂层在8~14μm的光谱发射率分别优于0.96和0.97,且光谱发射率保持稳定,变化量分别小于0.01和0.003。两种涂层在0°~30°内的方向光谱发射率均具有较好的一致性,变化量均小于0.005。最后利用积分球反射法得到了两种涂层在室温下3~14μm内的连续光谱发射率数据,实现了两种涂层在宽温区宽波段内的光谱发射率数据覆盖。

热风炉蓄热体高发射率节能涂层的制备及应用

采用超细化技术制备出微纳米涂料,并在高炉热风炉蓄热体表面成功制备出微纳米节能涂层,涂层的发射率达到0.93,涂层厚度约为300μm。该高发射率涂层强化了气-固相间的辐射传热和内部导热,使蓄热体蓄热速率和热量增加。在高炉热风炉上的应用效果表明,涂层能使热风温度分别提高57℃和28℃,同时减小送风温度的波动,降低废气排放温度,节约燃料消耗10%左右。

用高发射率涂层提高高炉热风炉风温的新技术

介绍一种可以进一步提高热风炉热风温度,降低燃料消耗的新技术。理论分析和实验结果表明,热风炉蓄热体表面高发射率涂层可以提高蓄热体的蓄热和放热能力,强化炉内辐射传热和蓄热体的导热,从而提高热风温度。350 m3高炉热风炉采用涂层后,热风温度提高了57℃。高发射率涂层技术为钢铁企业节能降耗提供实用且可行的新技术。

等离子喷涂Cr_2O_3-TiO_2基高发射率涂层微观结构及性能研究

本文以 Cr2O3、TiO2、NiO、稀土氧化物为原料,经喷雾干燥及烧结致密化处理制备成具有尖晶石结构的Cr2O3-TiO2 基复合团聚型粉体,采用大气等离子喷涂在钛合金表面制备了 Cr2O3-TiO2 基高发射率涂层,分析测试了涂层显微组织结构、结合强度、抗热震性能及辐射性能.研究结果表明：所制备的 Cr2O3-TiO2 基高发射率涂层孔隙率为 1.51%,结合强度达 33.1MPa,在 400-800℃温度范围内,其法向全发射率可达 0.88-0.89;涂层经600℃至室温热震30 次后未发生开裂、剥落现象,涂层抗热震性能良好.

黑体涂层光谱发射率特性研究

为了得到高发射率黑体涂层的辐射特性,通过人工喷涂制备了三种不同材料的高发射率黑体涂层。基于中国计量科学研究院的发射率测量装置,对比了GR、Nextel 811-21和Nextel 811-21+MWCNT三种涂层在大气下和真空中的室温光谱发射率,研究了GR和Nextel 811-21涂层的厚度对光谱发射率影响,测量了三种涂层在不同角度下的光谱发射率,通过空间辐照三种涂层样品,对比了辐照前后样品光谱发射率的变化。实验结果显示,三种涂层在大气和真空下光谱发射率能够较好重合;Nextel 811-21和GR涂层较薄时,发射率较高,可达到0.978;当测量角度在30°范围内,Nextel 811-21和GR涂层发射率基本不变,Nextel 811-21+MWCNT涂层发射率会降低;涂层受空间辐照影响,GR涂层发射率会降低0.0004~0.0009,Nextel 811-21+MWCNT涂层发射率会降低0.0011~0.0021,Nextel 811-21涂层发射率会增大0.0008~0.0017。

等离子喷涂La_(0.8)Ca_(0.2)CrO_3高发射率涂层研究

本文以氧化镧、氧化钙、氧化铬为原料，按分子式La0.8Ca0.2CrO3进行配料，球磨后，采用固相合成法制备原始粉末，再经喷雾干燥处理，将其制备成团聚体粉末，并将粉末粒度分布范围控制在20-60μm，采用等离子喷涂法在高温合金基体表面制备高发射率涂层。采用IRE-2型红外辐射仪对其全波段发射率进行了测试，利用XRD对涂层的相结构进行了分析，并对涂层的金相、结合强度及抗热震性能进行了测试。结果表明，所制备的La0.8Ca0.2CrO3涂层结合强度为21MPa，孔隙率为14.8%，在600-800℃高温范围内，其全波段发射率可达0.87-0.88，同时，该涂层试样经1100℃-室温水热震10次后没有发生剥落失效现象，涂层具有良好的抗热震性能。

高发射率陶瓷涂层可延长耐火材料的使用寿命

高发射率陶瓷涂层可有效地阻止那些通常可透过并破坏耐火材料的氧化物、气流等流体的扩散.从而提高耐火材料的使用寿命、炉温均匀性,减少能耗。经过3年的监测,高发射率陶瓷涂层被证明可减少能量消耗和提高耐火材料的使用寿命。

陶瓷纤维织物表面TaSi_(2)-SiC高发射率涂层的制备及性能研究

陶瓷纤维柔性隔热毡表面红外辐射能力较弱并且长时间在高温环境下服役纤维易发生析晶失效。针对上述问题,本文在柔性隔热毡表面制备了双组分TaSi_(2)-SiC高发射率涂层,以提高隔热毡的耐温性能。相较于单组分的SiC涂层而言,室温下的双组分TaSi_(2)-SiC涂层表面结构连续且均匀,并且TaSi_(2)的引入有利于促进涂层高温烧结,提高涂层表面的致密性,阻挡外界热量进入纤维基体内部。双组分T3S1(发射剂TaSi_(2):SiC质量比为3:1)涂层纤维织物经1100℃热处理后仍有较高的拉伸强度约为85MPa,相较于同等条件下的纤维裸布高出19%。此外,涂层中TaSi_(2)与SiC形成协同机制,促进了短波段的红外吸收,明显提高了纤维织物在2~6μm短波段的发射率,T3S1双组分涂层纤维织物在此波长范围内的发射率高达0.955。

碳基陶瓷隔热瓦表面高发射耐烧蚀抗氧化涂层的制备及性能

本实验采用大气等离子喷涂技术在碳基陶瓷隔热瓦ZrB2-SiC-玻璃内涂层表面制备镍铬尖晶石高发射涂层以提高其抗氧化耐烧蚀性能。利用XRD和SEM对粉体和涂层的相结构和微观形貌进行分析,采用氧-乙炔火焰对涂层进行烧蚀试验。结果表明,在Cr2O3:NiO摩尔比为1:1.2,1200℃固相反应2h后,可以得到物相较纯的NiCr2O4尖晶石粉体;Cr2O3:NiO摩尔比不变,掺入质量分数15%TiO2、25%MnO2,1200℃固相反应2h可以得到复杂的混合尖晶石粉体。纯NiCr2O4涂层及掺杂NiCr2O4涂层的发射率在1~22μm波段分别达到0.955和0.954。喷涂后纯NiCr2O4发生了轻微的分解,发射率有所降低,而掺杂NiCr2O4相结构稳定,不易分解,发射率稳定。氧-乙炔火焰烧蚀考核结果表明,当火焰温度高于2000℃时,掺杂NiCr2O4涂层表面温度比纯NiCr2O4涂层降低了240℃,其红外辐射性能优于纯NiCr2O4涂层。掺杂NiCr2O4涂层能耐受大于2000℃/300 s烧蚀考核,具有良好的高发射耐烧蚀性能。

SiB_(4)高温热氧化机理及动力学

本工作以高超声速飞行器表面高发射率涂层关键填料Si B_(4)为研究对象,采用非等温热重分析法在空气条件下对粒径40μmSiB_(4)粉体高温热氧化过程以及氧化动力学进行研究。结果表明,SiB_(4)热氧化起始温度为650℃,热氧化过程质量呈现恒重→增重→恒重变化趋势,其中高温区试样恒重分别是由玻璃相包覆保护作用、氧化增重与气相挥发损失竞争作用2种机制控制。升温速率对Si B_(4)热氧化过程影响显著,升温速率越快,放热效应越明显。SiB的平均活化能为239.14 kJ/mol,动力学指前因子A=9.8696×10^(9)s^(-1),热氧化动力学函数为G(α)=ln[–ln(1–α)]^(1.7574)。

脉管制冷机室温换热器强化辐射换热研究

脉管制冷机是目前最常用的高效小型低温制冷机之一。相对于主动散热,采用被动散热的室温换热器具有可靠性高与使用便捷等优点。辐射换热强化是提高室温换热器性能的一种方法。本文选取了一种小型脉管制冷机,研究在其主肋片换热器表面涂覆高发射率涂层对整机散热性能的影响。在自然对流条件下实验,对比涂覆高发射率涂层前后制冷机的运行温度。结果表明,喷涂高发射率涂层后,制冷机电机温度基本不变,冷指下方的辅助肋片换热器温度下降了约1~2℃,而主肋片换热器温度下降了约3~4℃。通过理论推算得,改变发射率前后主肋片换热器的辐射换热占比从8.6%提升至29.7%。结果证明强化辐射换热降低了制冷机室温换热器的工作温度,是一种改善小型制冷机散热的可行方法。