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乐鱼体育全站app下载:【资讯】三个涂料及涂层发明专利项目有望获得中国专利最高奖

发布时间:2022-06-19 04:53:43 | 来源:乐鱼全站app下载 作者:乐鱼娱乐app官网下载入口     
  

  4月15日,国家知识产权局公示第二十三届中国专利奖评审结果。第二十三届中国专利奖共评选出中国专利金奖预获奖项目30项,中国外观设计金奖预获奖项目10项,中国专利银奖预获奖项目60项,中国外观设计银奖预获奖项目15项,中国专利优秀奖预获奖项目792项,中国外观设计优秀奖预获奖项目52项

  涂界记者注意到,沈阳铸造研究所有限公司“一种钛及钛合金铸造用石墨型涂料”,航天特种材料及工艺技术研究所“一种在基体材料上形成的高温自愈合复相涂层及其制备方法和应用”,中国人民国防科技大学“一种可耐温600℃雷达与红外兼容隐身涂层及其制备方法”入围第二十三届中国专利优秀奖预获奖项目名单。

  钛合金强度高、密度小、耐腐蚀性好,使得钛合金铸件在航空、航天、舰船、冶金、化工领域得到广泛应用。钛铸件的设计愈来愈趋向于具有结构复杂、大型、薄壁、壁厚不均等特点,铸件质量要求越来越高,使得钛铸件的铸造技术难度也愈来愈大。

  目前单件、小批量及大型复杂钛合金铸件均采用石墨型工艺生产。该工艺用人造石墨制作铸型。虽然石墨 材料对钛液的化学稳定性较好,但浇铸出的铸件表面粗糙度≥12.5μm,污染层厚约0.1-0.3mm。石墨型导热系数高,退让性差,致使钛铸件易出现充型困难、表面冷隔和裂纹等缺陷。因此石墨型工艺需进一步改进,以满足钛合金铸件产品的高质量要求。

  本发明的目的是针对上述问题,提供一种钛及钛合金铸造用石墨型涂料,在钛及钛合金石墨型铸造工艺中,用该涂料涂覆石墨铸型的型腔表面,即引入涂层技术,所生产的铸件表面粗糙度≤ 6.3μm,表面污染层≤ 0.05mm,钛铸件无高密度夹杂、浇不足、表面冷隔和裂纹等缺陷。

  在石墨型上使用该涂料后,浇注钛合金将具有以下优点:①可有效提高钛液的充型能力,减少因石墨激冷所造成的浇不足、冷隔、裂纹等缺陷;②可明显提高铸件表面光洁度;③热稳定性高,铸件污染层厚度明显低于普通机加石墨型;④可提高石墨铸型在凝固过程中的退让性,可降低铸型对铸件收缩时的阻碍作用;⑤铸型易于清理。

  随着航空航天事业的发展,作为核心技术之一的高超声速飞行技术越来越受到世 界各国的重视。飞行器在大气层高速运动时,其部分结构件,如鼻锥、机翼前缘等的迎风面会承受剧烈的气动加热,使用温度可以达到上千甚至数千摄氏度。在高温、气流冲刷等苛刻的条件下,单靠Cf/SiC、Cf/C-SiC等热结构复合材料本身难以满足使用性能需求,而在复合材料表面制备抗烧蚀涂层被认为是最有效的途径之一。

  超高温陶瓷(Ultra-High Temperature Ceramics,UHTCs)主要为过渡族金属的二元氮化物、硼化物及碳化物等,如二硼化锆、碳化锆、碳化铪等,其熔点通常在2500℃以上,在高温及苛刻气氛环境下具有优良的稳定性。研究表明,在陶瓷基复合材 料表面制备超高温陶瓷涂层可以有效提高其高温抗氧化、耐烧蚀能力;其中,ZrB2具有高硬度、高模量、低成本等优点,是近年来航空航天领域高温抗烧蚀涂层材料的研究热点之一。

  现有的ZrB2涂层,由于ZrB2涂层与复合材料基体的热膨胀系数相差较大,通常在超 高温陶瓷涂层与基体之间制备碳化硅过渡层,缓解涂层高温工作时产生的热应力;涂层中的Si组元氧化后产生SiO2玻璃相,填入空隙和裂纹中,在1000~1500℃可以实现自愈合功能;然而,当温度超过1500℃后,气态二氧化硅迅速挥发,无法起到自愈合作用,因而现有用于复合材料的高温抗氧化ZrB2涂层普遍存在高温抗烧蚀性能较差的问题,无法满足复合材料在高温环境下长时间抗烧蚀的要求。因此,随着飞行器部件使用温度的不断提升,需要在涂层中引入高温自愈合组元对热结构部件进行防护,而目前尚未见有合适的高温自愈合组元被引入防护涂层中用来提高防护涂层的高温抗烧蚀性能的相关报道。

  目前,制备高温抗氧化耐烧蚀涂层的主要方法有:包埋法、浆料烧结法、化学气相沉积、溶胶凝胶法、等离子喷涂等;其中,大气等离子喷涂使用氩气、氦气、氢气等作为等离子气体,经电离后产生高温、高速的等离子射流,射流将材料熔化或熔融后喷射到工件表面后形成涂层。然而,大气等离子喷涂的射流温度相对较低,难以熔化超高温陶瓷粉末,因而不能制备出组织均匀、孔隙率低、性能良好的高温抗烧蚀涂层。与大气等离子喷涂相比,真空等离子喷涂具有射流温度更高、流速更快;喷涂粉末不发生高温氧化;涂层厚度及结构可控、结合强度高;设备操作简捷等特点,在制备超高温陶瓷面层方面具有一定优势。

  为了解决现有技术存在的技术问题,本发明提供了一种在基体材料上形成的高温自愈合复相涂层及其制备方法和应用。本发明中的高温自愈合复相涂层具有高温协同自愈合性能可以阻止氧化性气氛向材料内部迁移,延长涂层在高温下抗烧蚀的使用时间,对陶瓷基等热结构复合材料起到有效防护作用;本发明所述的高温自愈合复相涂层具有孔隙率小、表面粗糙度低以及高温抗烧蚀性能优异等优点。

  本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果:1)本发明所述的高温自愈合复相涂层首先采用SiC涂层作为过渡层,缓解高温使 用时陶瓷面层与复合材料基体的热应力;其次,通过在ZrB2基超高温陶瓷涂层中引入了稀土元素La与Ta的化合物,采用ZrB2-LaB6-TaSi2混合粉体材料制备ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层;在高温烧蚀环境下,硅组元经高温氧化后产生SiO2玻璃相,填入空隙和裂纹中,可在1000~1500℃温度范围内实现自愈合功能;当材料表面烧蚀温度超过1500℃时,La的氧 化产物La2O3在高温下和ZrO2形成的低挥发性复合氧化物(例如La2Zr2O7、La0.1Zr0.9O1.95等低挥发性复合氧化物)可以对涂层中的缺陷、裂纹进行愈合;TaSi2在高温烧蚀时在涂层表面形成Ta-Si-O玻璃体,填入涂层裂纹中可以愈合裂纹。在本发明中,高温烧蚀环境(大于1500℃的高温环境)下,LaB6和TaSi2在ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层中起到了协同愈合作用,使得ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层具有协同自愈合性能,ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层的协同自愈合性能可以阻止氧化性气氛向材料内部迁移,延长涂层高温抗烧蚀的使用时间,对陶瓷基热结 构复合材料起到有效防护作用;本发明中的高温自愈合复相涂层具有孔隙率小、表面粗糙 度低以及高温烧蚀性能优异等优点;本发明一些优选实施方案中的所述高温自愈合复相涂 层能在2200℃高温环境下有效保护陶瓷基复合材料至少650s。

  2)本发明人发现在ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层中,合理的ZrB2、LaB6和TaSi2的摩尔百分比含量,使得LaB6和TaSi2在高温环境下能很好地作为高温自愈合复相涂层的高温愈合剂,在ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层中能够起到有效的愈合作用,有效阻止氧化性气氛向材料内部迁移,延长涂层在高温下抗烧蚀的使用时间,对陶瓷基热结构复合材料起到有效防 护作用。

  (3)本发明方法结合合适的工艺手段(CVD法+VPS法),可在基体材料(例如陶瓷基复合材料)表面快速制备致密、高温抗烧蚀性能优异的SiC过渡层+ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层,在ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层的制备过程中,采用普通的喷雾造粒技术制备的或者机械 混合的混合粉体通过真空等离子喷涂的方法即可在真空环境下快速制备得到复相面层的各相微区均匀弥散、热防护性能优异的所述ZrB2-LaB6-TaSi2复相面层;本发明的制备方法 具有工艺简单可控、效率高、便于大规模的工业化生产等优点。

  随着雷达与红外复合侦查与制导技术的发展,具有雷达/红外兼容隐身功能材料已经成为重要的研究方向。但同一材料实现雷达与红外兼容隐身存在固有矛盾,原因在于雷达隐身要求材料对电磁波的强吸收、低反射,而红外隐身要求材料对电磁波低吸收、高反射。因此,如何通过材料结构设计解决两者间的矛盾,是实现雷达与红外兼容隐身的关键。同时,随着武器装备飞行速度的提高以及对飞行器尾向隐身性能的新要求,需要开发具有耐高温特性的雷达与红外兼容隐身材料。

  与现有技术相比,本发明的优点在于:1)本发明提出的涂层结构具备雷达、红外兼容隐身功能,由于引入了电阻型周期结构,可以具备较好的吸波性能,突破了传统吸波涂层需要添加吸收剂造成的吸波性能不理想、对工艺影响大、性能不稳定的不足;表层引入导体型周期结构,利用其红外波段高反射、雷达波段高透过特性实现雷达与红外兼容隐身功能。

  2)本发明采用等离子喷涂工艺制备陶瓷底层,具有效率高、抗热震性能好、对基材热效应低的优点;陶瓷底层采用了8YSZ-Al2O3体系,在保证Al2O3涂层低密度的基础上,采用8YSZ对其进行增韧,可进一步提升陶瓷底层的可靠性;可以利用涂层较好的隔热性能提高对金属的高温防护能力;并且8YSZ-Al2O3陶瓷底层中的双相涂层体系具有更宽的介电性能调控范围,隐身性能设计空间更大。

  3)本发明采用低熔点的玻璃为高温电阻浆料和高温导体浆料的粘结相,可在600℃以下温度有效烧结,对基材热效应低、损伤小,适用于钛合金等不宜在600℃以上热处理的金属基材。

  4)本发明采用8YSZ为隔离层,一方面可以有效隔离电阻型与导体型高温周期结构,避免两者周期单元间出现电接触造成对电性能的影响;同时利用8YSZ的高温低发射率特性,与导体型高温电磁周期共同作用实现更低的发射率特性。

  5)本发明采用贴片导体型高温周期结构实现涂层的低红外发射率特性,并且采用Ag-Pd合金为导电和低发射率填料,具有成本低、相对Ag填料不易迁移扩散等优点;采用的Bi2O3-B2O3-ZnO系低熔点无铅玻璃为粘结相,利用ZnO成分可以赋予高温导体涂层的高硬度,具有耐磨性好、不易损坏的优点;同时,还通过设计参数的限制,使贴片导体型高温周期 结构单元具有相对较大的周期尺度,使之可以采用丝网印刷工艺进行制备,避免了小尺度导体型高温周期结构需要采用激光加工工艺带来的工艺复杂、成本高等不足。

  中国专利奖是我国知识产权领域的最高奖项,也是我国唯一的专门对授予专利权的发明创造给予奖励的国家级奖项,由国家知识产权局和世界知识产权组织共同颁发,是具有国际影响力的知识产权奖项。“中国专利奖”重在强化知识产权创造、保护、运用,推动经济高质量发展,鼓励和表彰为技术(设计)创新及经济社会发展做出突出贡献的专利权人和发明人(设计人)。自1989年国家知识产权局和世界知识产权组织共同开展中国专利奖评选活动以来,至今已成功举办了22届,累计评选出一批创新质量高、运用效益好、示范效应强的专利项目,生动展现了我国知识产权事业发展的质量导向、质量追求和质量成效。(涂界)

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