氮化物陶瓷高温耐磨涂层及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201610497697.7 | 申请日 | 2016-06-30 | 公开(公告)号 | CN106116700A | 公开(公告)日 | 2016-11-16 |
| 申请人 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司; | 发明人 | 翟萍; 王洪升; 朱保鑫; 栾强; 韦其红; 廖荣; 程之强; 张燕; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于陶瓷透波材料领域，具体涉及一种氮化物陶瓷高温 耐磨涂层 及其制备方法。由料、 研磨 球和有机粘结剂溶液制成；其中料包括以下组分：组分A、 长石 、 石英 和 碳 酸 钙 ；组分A包括碳酸锂、氢 氧 化 铝 和石英粉。本涂层与基体有良好的结合性，可精密冷加工，涂层内部结构均匀致密无气孔，表面无裂纹、不吸 水 ，涂层硬度高。涂覆后 复合材料 涂覆涂层前相比 介电常数 基本没变化，介电损耗有所降低，最低可达9×10‑4。本发明改善了多孔氮化 硅 的吸潮，提高了材料的耐烧蚀抗冲刷，增强了多孔低 密度 氮化物陶瓷的环境适应性。本发明还提供其制备方法，具有科学合理，易于实施，生产周期短，投资成本低的优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种氮化物陶瓷高温耐磨涂层，其特征在于：由料、研磨球和有机粘结剂溶液制成； |
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| 说明书全文 | 氮化物陶瓷高温耐磨涂层及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于陶瓷透波材料领域，具体涉及一种氮化物陶瓷高温耐磨涂层及其制备方法。 背景技术[0002] 随着科学技术的发展，航空、航天等领域要求透波材料需具备优异的综合性能。氮化硅基材料的共价键力强、热膨胀系数低(2.35×10-6/K，在6-7马赫的飞行条件下保持较好的抗热震性能)、化学稳定性好、抗氧化温度可达1400℃，在中性或还原气氛中使用温度可达1800℃，成为天线罩材料的新热点。为实现在一定宽频带范围内使用，天线罩材料多设计为多孔的低密度结构。多孔氮化硅基透波材料除具有氮化硅基陶瓷材料的优点外，还具有密度低、介电常数低、高频介电性能稳定等性能，可广泛应用在航天材料(天线罩、天线窗)等领域，成为透波材料研究的新热点。 [0003] 多孔氮化硅基陶瓷材料较高的气孔率会降低材料的力学性能，易吸潮，抗雨蚀能力变差，这样会严重影响透波材料介电性能的稳定。在多孔氮化硅基体表面制备较为致密的耐高温涂层，形成低密度芯体和高致密表层的双层结构成为该领域的重要方向。表面致密层可防止因吸潮带来的介电性能下降，提高多孔基体的结构强度、耐热性和耐冲刷能力，同时双层结构也可以满足天线罩材料的宽频应用。 发明内容[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种氮化物陶瓷高温耐磨涂层，与基体有良好的结合性，可精密冷加工，涂层内部结构均匀致密无气孔，表面无裂纹、不吸水，涂层硬度高；本发明还提供其制备方法。 [0008] 作为一种优选，料包括以下组分：组分A、长石、苏州土、石英、碳酸钙按质量比为(32-60)：(20-35)：(0-10)：(10-30)：(5-10)混合，优选为按质量比为(32-60)：(20-35)：(3-10)：(10-30)：(5-10)混合；组分A包括以下组分：碳酸锂、氢氧化铝和石英粉按质量比为(15.7-21.1)：(20-44.6)：(34.3-60)混合。 [0009] 本发明所述的氮化物陶瓷高温耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤： [0010] (1)将碳酸锂、氢氧化铝和石英粉干磨混合后烧制，粉碎，得到组分A； [0011] (2)将组分A、长石、苏州土、石英、碳酸钙混合配料，加入研磨球和有机粘结剂溶液配制成料浆； [0012] (3)将料浆涂覆在氮化物陶瓷表面，表干后进行干燥处理； [0013] (4)将干燥后的涂覆基体进行排胶，得到无碳涂层； [0014] (5)排胶后的涂层烧成，得到高温耐磨涂层。 [0015] 其中： [0016] 步骤(1)中制备的组分A为烧制后水淬料或随炉冷却后的烧结料。 [0017] 步骤(2)中料、研磨球、有机粘结剂溶液的质量比为1：(2-4)：(0.6-1.2)。 [0018] 步骤(1)中的石英粉和步骤(2)中的石英的粒径均为10-13μm；长石为钾长石或钙长石中的一种。 [0019] 本发明使用的主要原料规格如下：碳酸锂重量含量≥99％；氢氧化铝为分析纯试剂；碳酸钙重量含量≥99％；石英为无定形态，纯度99.9％，粒径10-13μm；钾长石、钙长石和苏州土均为釉用原料级别。 [0021] 步骤(3)表干后进行干燥处理为：表干后再室温干燥16h以上。 [0022] 步骤(5)中烧成温度为1260～1360℃，烧成时需要氮气保护且炉内压力＜0.2MPa。 [0023] 作为一种优选的技术方案，本发明所述的氮化物陶瓷高温耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤： [0024] (1)将碳酸锂、氢氧化铝和石英粉按照(15.7-21.1)：(20-44.6)：(34.3-60)的质量比备料，干磨混合均匀后置于1600℃的马弗炉中烧制，然后对其进行粉碎处理，得到组分A； [0025] (2)将组分A、长石、苏州土、石英、碳酸钙按质量比(32-60)：(20-35)：(0-10)：(10-30)：(5-10)配比进行配料，然后按照料：球：液＝1：(2-4)：(0.6-1.2)的质量比加入研磨球和有机粘结剂溶液配制成料浆； [0026] (3)涂覆：将料浆以喷涂工艺涂覆在低密度氮化物陶瓷表面，表干后进行干燥处理； [0027] (4)排胶：将干燥后的涂覆材料于马弗炉内进行550～750℃排胶，得到无碳涂层； [0028] (5)烧成：排胶后的无碳涂层经1260～1360℃烧成，得到高温耐磨涂层。 [0029] 综上所述，本发明具有以下优点： [0030] (1)本发明通过对材料体系组分的设计和工艺中对微观结构的控制，解决了高温下熔融态涂料易渗多孔体的技术难题，制得的涂层表面光滑致密，与基体结合强度高、匹配好，防水性佳，硬度高，提高了基体的耐磨性，同时还可展宽频带。 [0031] (2)本发明涂层适用于任何密度的氮化物陶瓷，尤其适用于低密度的氮化物陶瓷，本发明涂层优选适用的氮化物陶瓷密度为1.4-3.0g/cm3。 [0032] (3)本发明涂层与基体有良好的结合性，可精密冷加工，涂层内部结构均匀致密无气孔，表面无裂纹、不吸水，涂层硬度＞6H。15GHz涂层的介电常数ε＝5～8，介电损耗为tgδ≤8×10-3；涂覆后复合材料的介电常数为3.03-3.26，与涂覆涂层前相比介电常数基本没变化，介电损耗有所降低，最低可达9×10-4。 [0033] (4)本发明改善了多孔氮化硅的吸潮，提高了材料的耐烧蚀抗冲刷，增强了多孔低密度氮化物陶瓷的环境适应性。具有科学合理，易于实施，生产周期短，投资成本低的优点。 具体实施方式[0034] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。 [0035] 实施例1 [0036] (1)分别称取42.18g碳酸锂、89.14g氢氧化铝和68.68g石英粉，干混均匀后倒入耐高温氧化铝坩埚中，于马弗炉中进行1600℃熔制，待其完全熔融后进行急冷水淬，后将水淬料烘干粉碎，过35目分析筛，待用。 [0037] (2)预先将(1)中的粉碎料装入匣钵进行1200℃热处理，研磨，过35目分析筛，待用。 [0038] 分别称量预处理后的组分A40g、钾长石35g、苏州土10g、石英粉12g、碳酸钙3g、低磨耗的氮化硅研磨球200g以及浓度为0.5％的羧甲基纤维素水溶液80ml，于快速研磨罐中进行球磨30min，出磨、除泡，得喷涂料浆。 [0039] (3)涂覆：将料浆以喷涂工艺涂覆在低密度氮化物陶瓷表面，表干后进行低温干燥处理； [0040] (4)排胶：将干燥后的涂覆复合材料于马弗炉内进行750℃排胶，得到无碳涂层； [0041] (5)烧成：排胶后的涂层经1260℃氮气气氛保护、保温1h、炉内压力0.2MPa烧成，得到高温抗烧蚀涂层； [0042] 该涂层与基体有良好的结合性，可精密冷加工，涂层内部结构均匀致密无气孔，表面无裂纹、不吸水，涂层硬度＞6H。15GHz涂层的介电常数ε＝6.27，介电损耗为tgδ≤8×10-3；涂覆后复合材料的介电常数为3.03，与涂覆涂层前相比介电常数基本没变化，介电损耗有所降低，最低可达9×10-4。 [0043] 实施例2 [0044] (1)分别称取39.25g碳酸锂、82.95g氢氧化铝和127.83g熔融石英粉，干混均匀后倒入耐高温氧化铝坩埚中，于马弗炉中进行1600℃熔制，待其完全熔融后进行急冷水淬，后将水淬料烘干粉碎，过35目分析筛，待用； [0045] (2)预先将(1)中的A组分进行900℃热处理，粉碎，过35目分析筛，待用； [0046] 分别称量预处理后的组分A60g、钾长石20g、苏州土5g、石英粉10g、碳酸钙5g、低磨耗的氮化硅研磨球300g以及浓度为1％的聚乙烯醇水溶液100ml，于快速研磨罐中进行球磨30min，出磨、除泡，得喷涂料浆； [0047] (3)涂覆：将料浆以喷涂工艺涂覆在低密度氮化物陶瓷表面，表干后进行低温干燥处理； [0048] (4)排胶：将干燥后的涂覆复合材料于马弗炉内进行650℃排胶，得到无碳涂层； [0049] (5)烧成：排胶后的涂层经1360℃氮气气氛保护、0.1MPa烧成，得到高温抗烧蚀涂层； [0050] 该涂层与基体有良好的结合性，可精密冷加工，涂层内部结构均匀致密无气孔，表面无裂纹、不吸水，涂层硬度＞6H。15GHz涂层的介电常数ε＝5.33，介电损耗为tgδ≤8×10-3；涂覆后复合材料的介电常数为3.14，与涂覆涂层前相比介电常数基本没变化，介电损耗有所降低，最低可达9×10-4。 [0051] 实施例3 [0052] (1)分别称取46g碳酸锂、87.5g氢氧化铝和116.5g熔融石英粉，干混均匀后倒入耐高温氧化铝坩埚中，于马弗炉中进行1600℃熔制，待其冷却至室温后粉碎，过35目分析筛， |
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