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《抗激光輻照涂層的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、抗激光輻照涂層的研究邱蘭婷吉林省遼源市第五中學(xué)校隨著科技的發(fā)展，人類探索、利用太空愿望的不斷增強，新一代飛行器超聲速、長時間、跨大氣層飛行以及激光武器的出現(xiàn)，對飛行器殼體的抗激光性能的要求越來越高。涂層技術(shù)是提高材料高溫防護性能和抗激光性能的途徑之一。本文針對碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料抗高能激光的需求背景，開展在碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料上制備抗激光無機涂層研究。1研究方案水玻璃具有良好的粘結(jié)性能，以水玻璃為粘結(jié)劑，可以使粉體結(jié)合在一起，增強涂層的強度和涂層與基體的結(jié)合強度，以水玻璃為粘結(jié)劑作為基料，氧化硅或氟硅酸鈉為固化劑
2、，選擇YSZ、氧化鋁作為填料制作涂料，用粘涂法低溫I古I化在碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料上制作耐高溫抗激光無機涂層。分別改變固化劑種類、填料種類、固化劑和填料的比例、固含量，研究這些變量對涂層的抗激光輻照性能的影響。2實驗原料基體:碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料板，纖維含量為50%-60%,樹脂為E51,制作方形薄片，厚度為2mm,邊長為30mmo水玻璃:模數(shù)(n)為2.7、波美度(Be)為48。粉料:氧化硅、氧化鋁、YSZ、氟硅酸鈉。3實驗報告及結(jié)果分析3.1分別用氧化硅和氟硅酸鈉為固化劑，YSZ為填料，水玻璃為基料在碳纖維
3、樹脂基復(fù)合材料上制備涂層，探究固化劑種類對涂層抗激光性能的影響。實驗結(jié)果表明氧化硅涂層的反射率高于氟硅酸鈉涂層。激光輻照后氧化硅涂層表面有零星的黃色火焰，出現(xiàn)輕微的燒蝕痕跡，燒蝕面積約25mm,涂層沒有破損;氟硅酸鈉涂層出現(xiàn)大面積的黃色火焰，隨著激光能量的沉積，涂層自身發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)牛氣體，體積膨脹而使涂層破裂，能量傳遞到基體，基體溫度升高發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，出現(xiàn)明顯的火花噴濺現(xiàn)象，基體發(fā)生劇烈燃燒并有大量黑煙產(chǎn)牛，最終的損傷區(qū)域面積約為100.1mm,激光輻照后在基體垂直燒蝕邊緣方向上產(chǎn)生裂紋。分析原
4、因，氟硅酸鈉涂層試樣的原始形貌圖屮出現(xiàn)較多的凹坑，在激光輻照過程中，凹坑吸收了更多的激光的能量，涂層局部溫度過高，導(dǎo)致涂層最終被擊穿。并且氟硅酸鈉在300°C左右發(fā)生分解，生成氟化鈉和四氟化硅，破壞涂層的致密性，涂層吸收的激光能量增多，涂層防護效果降低。3.2固化劑與填料的比例對涂層抗激光性能的影響：制備固化劑與填料的比例不同的涂層，固化劑與填料的比例分別為涂層一13:87、涂層二35:65,涂層三52:48,固含量都是60%,水玻璃的比例都是40%,填料中YSZ和氧化鋁的比例為1：1,探究固化劑與填料比例對涂層抗激光性
5、能的影響。實驗表明固化劑含量比例越低，填料的含量比例越高涂層的反射率越好，激光輻照實驗表明填料比例高的涂層只出現(xiàn)零星火焰然后迅速消失，涂層溫度升高發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成氣體，涂層表而膨脹，基體沒有明顯的燒蝕損傷區(qū)；固化劑比例高的涂層激光輻照后出現(xiàn)大面積的涂層膨脹，隨著輻照時間的延長，涂層破裂，中心區(qū)域出現(xiàn)大面積的黃色火焰，劇烈燃燒并有大量飛濺物和黑煙產(chǎn)生，輻照區(qū)中心涂層已經(jīng)完全消失，邊緣區(qū)由于熔體收縮，出現(xiàn)明顯的亮白色凸起，其最終的損傷區(qū)域面積為176.6mmo分析原因是氧化硅熔點（1650°C）比YSZ（2700°C）
6、和氧化鋁（2000°C）低，沸點為2230°Co激光輻照能量積聚后，涂層三由于氧化硅含量過多，達到氧化硅的熔、沸點后氧化硅變成氣態(tài)涂層膨脹破裂，涂層破壞，并且YSZ和氧化鋁的反射率比氧化硅的反射率高。3.3固含量對涂層抗激光性能的影響：制備固含量分別為52%、60%、68%的涂層，固化劑與填料的比例相同，填料中YSZ與氧化鋁的比例為1：1,進行激光輻照實驗，探究固含量對涂層的抗激光性能的影響。三種涂層都有很高的反射率，口隨著固含量增加，涂層的反射率增大。固含量為52%的涂層激光輻照后，涂層溫度升高發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成氣
7、體，涂層表面迅速膨脹，有黑煙冒出，鼓泡中心有黃色火焰，輻照結(jié)束后涂層表面有斑點汀古I含量為68%的涂層激光輻照過后，涂層表面只有鼓泡;60%的涂層激光輻照過后，和52%的涂層現(xiàn)象和似，但鼓泡和斑點小些。激光輻照實驗結(jié)果說明固含量越高,涂層的抗激光性能越好。這是因為固含量越高，水玻璃的含量越低，水玻璃熔、沸點非常低，溫度升高，水玻璃變成氣態(tài)，導(dǎo)致涂層膨脹破裂，破壞涂層的抗激光輻照性能。同時固含量越高涂層的反射率越高，抗激光性能也越好。3.4填料種類對涂層抗激光性能的影響:分別用YSZ、YSZ+氧化鋁(比例為1：1)、氧化鋁
8、作為填料，保持水玻璃的含量、固化劑和填料的比例相同，固含量都是60%,制備涂層，進行激光輻照實驗，探究填料的種類對涂層的抗激光性能的影響。YSZ涂層的反射率高于氧化鋁涂層的反射率，YSZ+氧化鋁涂層的反射率最高。這說明涂層的反射率與涂層的填料種類的關(guān)系很大。填料為YSZ的涂層激光輻照時表面無異?，F(xiàn)象，輻照結(jié)束后涂層表
