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高温防隔热材料团队在材料腐蚀领域Top期刊《Corrosion Science》上发表耐高温高发射率涂层研究新进展

     在航空航天领域,可重复使用空天飞行器不断地向着高马赫数和长航时的目标发展。然而当飞行器在高速再入过程中会遇到严重的气动加热问题,为了保障人员的安全和设备的正常运行,必须在飞行器表面敷设不同耐温等级的轻质、耐高温防隔热材料,以满足飞行器不同部位防隔热需求。可重复使用热防护系统由表面高发射率涂层和内部低热导率隔热材料组成。表面高发射率涂层可以通过辐射作用将热量散发到外太空中,内部低热导率隔热材料可以阻止热量传递到飞行器内部。纤维状氧化锆陶瓷隔热材料由于具有低密度、高温稳定性及低热导率已成为高温恶劣环境中的备选材料,因此,其表面长时耐高温高发射率涂层急需设计并开发出来。

     近期高温防隔热团队沈晓冬教授课题组以二硅化钼和二硅化钽为辐射剂,硼硅酸盐玻璃为粘结剂,中温段以六硼化硅为烧结助剂,高温段以硅粉为烧结助剂,采用高温快速热处理法(1500℃,15min)在纤维状氧化锆陶瓷制备了一种金属硅化物-玻璃杂化涂层。该涂层在1500℃有氧环境中热处理50h后,在0.3-2.5μm波段发射率仍达0.9。并研究了涂层在长时高温有氧环境中氧化动力学和微观结构演变,结合裂纹出现,偏转及愈合等现象提出了涂层高温长时抗氧化机理;采用第一性原理研究了涂层在不同波段的辐射机制,包括在硅化物在紫外可见波段的带间电子跃迁,无定形SiO2在近红外区域的杂质能级中电子跃迁和结晶SiO2在中远红外区域的晶格振动。

    相关工作发表在材料腐蚀领域Top期刊《Corrosion Science》上,文章链接:  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X17300021

Fig. 1 (a) Macrograph (b) surface CLSM image (c) surface SEM image (d–g) cross section SEM images (h) cross section BSE image (i) cross section EDS element line scan analysis of as-prepared MoSi2–TaSi2–glass hybrid coating

Fig. 2Total emissivity as a function of oxidation time during isothermal oxidation at 1773K in various wavelengths.

 

Fig. 3 The schematic diagram of the concluded emissive mechanism. (a) The spectral nature of Planck’s law, where the hemispherical spectral emissive power, as expressed by inserted equation, is plotted as a function of wavelength for several temperatures. (b) Different physical mechanisms produce electromagnetic waves at different wavelengths. (c) Electron transition in interband of metal disilicides. (d) Electron transition in impurity states of amorphous SiO2. (e) Lattice vibration of crystalline SiO2.

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