本發(fā)明涉及一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層，屬于航空航天
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：原子氧在低地球軌道(LEO)有較高的濃度，和航天器表面碰撞的相對動能也高達(dá)5eV，并且由于原子氧化學(xué)性質(zhì)非常活潑，是極強(qiáng)的氧化劑，會對航天器艙外材料的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。LEO軌道最重要、最危險的環(huán)境因素就是原子氧，原子氧對長期暴露于艙外的航天器材料有嚴(yán)重的剝蝕損傷作用，會造成各類空間材料的質(zhì)量損失、性能退化甚至失效。因此，對低地球軌道航天器艙外材料，需要采取原子氧防護(hù)措施。原子氧防護(hù)涂層在低地球軌道艙外材料和器件表面具有非常廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)需求的發(fā)展，現(xiàn)有的原子氧防護(hù)涂層性能已不能滿足使用要求。例如，我國新一代空間航天器要求原子氧防護(hù)涂層的使用壽命要達(dá)到15年，其經(jīng)受的原子氧累計通量將達(dá)到7.50×1022atoms/cm2，但目前的防護(hù)涂層僅能達(dá)到5年的使用壽命。分析認(rèn)為，目前用于原子氧防護(hù)的涂層主要是單層結(jié)構(gòu)，由于技術(shù)的局限性，在涂層的制備過程中產(chǎn)生裂紋和微孔等缺陷是無法避免的。而且防原子氧涂層失效的主要原因是，在使用過程中，這些裂紋和微孔在原子氧、紫外等綜合環(huán)境作用下擴(kuò)展，為原子氧剝蝕基底材料形成通道，使基體材料被氧化剝蝕甚至失效。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決目前單層原子氧防護(hù)涂層微孔、裂紋等缺陷導(dǎo)致的涂層防原子氧性能失效的難題，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層，該涂層是一種具有過渡層的復(fù)合原子氧防護(hù)涂層，能夠滿足航天器低地球軌道艙外15年的使用壽命需求。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用以下技術(shù)方案：一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層，所述涂層由全氫聚硅氮烷(PHPS)過渡層和硅氧烷原子氧防護(hù)涂層構(gòu)成。PHPS過渡層附著在有機(jī)基底材料表面，厚度為100～300nm；硅氧烷原子氧防護(hù)涂層附著在PHPS過渡層上，厚度為200～500nm。其中PHPS過渡層采用液相化學(xué)制膜法制備，硅氧烷原子氧防護(hù)涂層采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備。優(yōu)選的，所述步驟(2)中的有機(jī)基底材料為聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜。本發(fā)明所述一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的制備步驟如下：(1)將PHPS、催化劑、溶劑、填料和添加劑混合均勻制成含硅的溶液組合物，所有成分的總質(zhì)量記為100％，其中PHPS為1～30wt.％；催化劑為0.001～5wt.％；溶劑為45～98.989wt.％；填料為0.01～10wt.％；添加劑為0～10wt.％。(2)將含硅的溶液組合物涂覆在潔凈的有機(jī)基底材料上，制得試樣。(3)將(2)中制得的試樣放入烘箱中進(jìn)行固化，制得附有一層PHPS過渡層的試樣。(4)將(3)中制得的試樣放置于等離子體聚合設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室抽真空至3×10-3～8×10-3Pa。(5)利用等離子體聚合設(shè)備的加熱裝置對試樣加熱至75～150℃并保持。(6)設(shè)定沉積功率為80～200W，硅源流量10～70sccm，氧氣流量10～50sccm，沉積氣壓為8～35Pa，當(dāng)硅氧烷原子氧防護(hù)涂層厚度達(dá)到200～500nm時，關(guān)閉設(shè)備，冷卻制得附有一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的試樣。所述步驟(1)中催化劑為胺類催化劑和金屬類催化劑中的一種以上。所述步驟(1)中溶劑為烷烴類、醚類和酮類中的一種或多種。所述步驟(1)中填料為氧化物填料，優(yōu)選氣相法二氧化硅。所述步驟(1)中添加劑為分散助劑、消泡助劑和流平助劑中的一種或多種。所述步驟(3)中PHPS過渡層固化溫度為0～350℃，濕度0～100％，固化時間1～48小時。優(yōu)選的，所述步驟(1)中PHPS的含量為3～15wt.％；催化劑的含量為0.05～1wt.％；溶劑的含量為81.8～96.3495wt.％；填料的含量為0.6～2wt.％；添加劑的含量為0.0005～0.2wt.％。優(yōu)選的，步驟(2)中涂覆方式為狹縫擠壓、輥涂、浸涂、旋涂、擦涂或噴涂。優(yōu)選的，所述步驟(3)中PHPS涂層固化溫度為50～250℃，濕度50％～90％，固化時間4～20小時。優(yōu)選的，所述步驟(5)中的加熱溫度為90～120℃。優(yōu)選的，所述步驟(6)中沉積硅氧烷涂層的硅源為四甲基二硅氧烷或六甲基二硅氧烷。有益效果本發(fā)明所述一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層，其硅氧烷原子氧防護(hù)涂層采用PHPS作為過渡層，增加過渡層后，硅氧烷原子氧防護(hù)涂層的附著力由0.3N/mm提高到了0.6N/mm，并有效減少了涂層缺陷；經(jīng)過通量為2.5×1026atoms/m2的原子氧作用，復(fù)合涂層的剝蝕率約為1.26×10-26cm3/atom，將有機(jī)基底材料的耐原子氧性能提高100倍以上。附圖說明圖1為基底材料及復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的結(jié)構(gòu)示意圖。1-有機(jī)基底材料，2-PHPS過渡層，3-硅氧烷原子氧防護(hù)涂層。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。以下實(shí)施例采用的等離子體聚合設(shè)備是中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器股份有限公司生產(chǎn)的PSJ500型大面積等離子體聚合設(shè)備。涂層剝蝕率的測試采用的是蘭州空間技術(shù)物理研究所YZY-1原子氧地面模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備。涂層的附著力測試采用的是美國錫萊-亞太拉斯有限公司H50KT型力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，以5mm/s的速度進(jìn)行測試。實(shí)施例2中所用的噴涂裝置是美國Asymtek公司的PVA350精密涂覆裝置。實(shí)施例中的TEGO450為德國迪高公司生產(chǎn)的TEGO450型號的流平劑。實(shí)施例1(1)將PHPS、N，N-二甲基二醇胺、二丁醚、氣相法二氧化硅、TEGO450分別按照3wt.％、0.05wt.％、96.3495wt.％、0.6wt.％、0.0005wt.％的含量制成含硅的溶液組合物。(2)將聚酰亞胺薄膜有機(jī)基底材料1用酒精清洗干凈，用細(xì)軟毛刷將含硅的溶液組合物刷涂在聚酰亞胺薄膜有機(jī)基底材料1上，制得試樣。(3)待溶劑揮發(fā)后，將試樣轉(zhuǎn)移至恒溫恒濕箱進(jìn)行固化，溫度為250℃，濕度為90％，固化時間為4小時，固化后制得附有一層厚度為100nm的PHPS過渡層2的試樣；(4)將(3)中制得的試樣放置于等離子體聚合設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室抽真空至5×10-3Pa；(5)利用等離子體聚合設(shè)備的加熱裝置對試樣加熱至90℃并保持；(6)設(shè)定沉積功率為80W，四甲基二硅氧烷流量為10sccm，氧氣流量為10sccm，沉積氣壓為8Pa，當(dāng)硅氧烷原子氧防護(hù)涂層3厚度達(dá)到200nm時，關(guān)閉設(shè)備，冷卻制得附有一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的試樣，如圖1。經(jīng)測試，制得的復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的附著力為0.78N/mm；經(jīng)過通量為2.5×1026atoms/m2的原子氧作用，復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的剝蝕率約為1.26×10-26cm3/atom。實(shí)施例2(1)將PHPS、N，N-二甲基二醇胺、二丁醚、氣相法二氧化硅、TEGO450分別按照15wt.％、1wt.％、81.8wt.％、2wt.％、0.2wt.％的含量制成含硅的溶液組合物。(2)將聚酰亞胺薄膜有機(jī)基底材料1用酒精清洗干凈，將含硅的溶液組合物涂覆在聚酰亞胺薄膜有機(jī)基底材料1上，制得試樣，涂覆方式采用噴涂，噴涂時采用PVA350精密涂覆裝置。(3)待溶劑揮發(fā)后，將試樣轉(zhuǎn)移至恒溫恒濕箱，溫度為150℃，濕度為70％，固化時間為10小時，固化后制得附有一層厚度為180nm的PHPS過渡層2的試樣；(4)將(3)中制得的試樣放置于等離子體聚合設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室抽真空至3×10-3Pa；(5)利用等離子體聚合設(shè)備的加熱裝置對試樣加熱至100℃并保持；(6)設(shè)定沉積功率為150W，四甲基二硅氧烷流量為40sccm，氧氣流量為30sccm，沉積氣壓為20Pa，當(dāng)硅氧烷原子氧防護(hù)涂層3厚度達(dá)到320nm時，關(guān)閉設(shè)備，冷卻制得附有一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的試樣，如圖1。經(jīng)測試，制得的復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的附著力為0.69N/mm；經(jīng)過通量為2.5×1026atoms/m2的原子氧作用，復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的剝蝕率約為1.12×10-26cm3/atom。實(shí)施例3(1)將PHPS、N，N-二甲基二醇胺、二丁醚、氣相法二氧化硅、TEGO450分別按照10wt.％、0.06wt.％、88.448wt.％、1.49wt.％、0.002wt.％的含量制成含硅的溶液組合物。(2)將聚酰亞胺薄膜有機(jī)基底材料1用酒精清洗干凈，將含硅的溶液組合物涂覆在聚酰亞胺薄膜有機(jī)基底材料1上，制得試樣，涂覆方式采用刮涂，刮涂時狹縫調(diào)整為2微米。(3)待溶劑揮發(fā)后，將試樣轉(zhuǎn)移至恒溫恒濕箱，采用以下固化程序：步驟溫度(℃)濕度(％)時間(h)11009032130802316070241906035210501固化后制得附有一層厚度為150nm的PHPS過渡層2的試樣；(4)將(3)中制得的試樣放置于等離子體聚合設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室抽真空至8×10-3Pa；(5)利用等離子體聚合設(shè)備的加熱裝置對試樣加熱至90℃并保持；(6)設(shè)定沉積功率為200W，四甲基二硅氧烷流量為70sccm，氧氣流量為50sccm，沉積氣壓為35Pa，當(dāng)硅氧烷原子氧防護(hù)涂層3厚度達(dá)到500nm時，關(guān)閉設(shè)備，冷卻制得附有一種復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的試樣，如圖1。經(jīng)測試，制得的復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的附著力為0.61N/mm；經(jīng)過通量為2.5×1026atoms/m2的原子氧作用，復(fù)合原子氧防護(hù)涂層的剝蝕率約為1.06×10-26cm3/atom。本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3