本發(fā)明屬于激光防護，具體涉及一種抗激光燒蝕的聚合物基防護涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、耐燒蝕型涂層是目前研究較為廣泛的抗激光涂層之一，其防護機理是涂層材料在激光作用下發(fā)生裂解、氣化等吸熱反應(yīng)，同時大量消耗激光能量，使傳遞到基體的熱量大幅度減少，進而達到防護目的。聚硅氮烷前驅(qū)體是指主鏈由-si-n-單元組成的聚合物，它們在一定條件下通過脫氫、縮合等反應(yīng)轉(zhuǎn)化si3n4，sicn和sion陶瓷。在消耗激光能量的同時可以生成耐高溫的陶瓷相，是抗激光燒蝕涂層的理想原材料。

2、公開號為cn101445702a的中國發(fā)明專利公布了一種抗激光燒蝕的防護涂層及其制備方法，該方法的特點是先將聚碳硅烷與二乙烯基苯按比例混合，加熱攪拌形成透明的混合溶液，然后在混合溶液中加入適量的短切碳纖維及氧化鋯粉末并攪拌均勻制得具有一定粘度的涂料，將該涂料涂覆到預(yù)處理過的鋁合金基板表面并放入烘箱加熱固化處理，固化后冷卻到室溫，獲得復(fù)合涂層，這種涂層可以在一定程度上減弱或消除激光對基體的打擊，從而起到激光防護的作用。但是，該方法雖然在一定程度上能夠吸收激光能量，但是在激光輻照過程中，涂層的熱膨脹造成的孔隙與裂紋較為嚴重，且功能較為單一。

3、公開號為cn109705674a的中國發(fā)明專利公布了一種聚乙烯醇縮丁醛樹脂基激光防護涂層及制備方法，該涂層的基體為聚乙烯醇縮丁醛樹脂，填料為(sn1-x-ysbxery)o2。該涂層對1.06μm

4、和1.54μm紅外激光具有吸收和上轉(zhuǎn)換雙功能效應(yīng)，對10.6μm紅外激光具有強吸收效應(yīng)，可達到激光防護的目的；可以承受零下40℃至350℃范圍內(nèi)的溫度變化，涂層的漫反射率均保持在0.5％以下；可在室溫下固化，具有厚度薄、厚度均勻、表面狀態(tài)好、附著力≥1級、抗沖擊強度≥50kg·cm等優(yōu)點，從而作為一種可同時耐高、低溫的涂層應(yīng)用于激光防護領(lǐng)域。但是，該涂層相比于聚硅氮烷基涂層吸收能量較弱，且涂層的隔熱性能較差。

5、公開號為cn111500146a的中國發(fā)明專利公開了一種復(fù)合型耐激光燒蝕涂料，該涂料包括如下成分：酚醛樹脂、氧化鋯、體質(zhì)填料、溶劑、分散劑、消泡劑、流平劑，其制備方法為先將酚醛樹脂用部分溶劑稀釋成樹脂漿；然后將樹脂漿、分散劑、消泡劑、流平劑和剩余的溶劑低速攪拌均勻；之后加入氧化鋯、體質(zhì)填料并高速攪拌均勻，最后研磨即得到耐激光燒蝕涂料，在使用時采用緩慢梯度變化加熱干燥技術(shù)得到耐激光燒蝕涂層。本發(fā)明的涂料中酚醛樹脂為粘合劑，氧化鋯為相轉(zhuǎn)變材料，氧化鋯在常壓下有三種晶型，當其受到高能激光輻照會產(chǎn)生瞬時高能熱量從而導(dǎo)致晶型發(fā)生變化，相轉(zhuǎn)變作用的發(fā)生導(dǎo)致涂層表面反射率升高，相對減少激光的輻照熱能，從而保證涂層產(chǎn)生抗高能激光燒蝕作用。但是，該涂層僅依靠氧化鋯的隔熱能力進行抗激光燒蝕，相比于聚合物基涂層消耗激光的能量較弱。

6、因此，現(xiàn)有的燒蝕型涂層存在如下技術(shù)問題：

7、1.只是利用單一的陶瓷前驅(qū)體物質(zhì)對飛行器表面進行防護，功能單一，涂層質(zhì)量較差。無法兼顧涂層的力學(xué)性能、摩擦學(xué)性能與吸波性能。

8、2.單一的前驅(qū)體聚合物涂層，在固化成形過程中裂紋和孔隙的相關(guān)形成，涂層最大厚度限制在幾微米。

9、3.大多數(shù)涂層制備方式，如等離子噴涂、熱燒結(jié)等對于基體的熱損傷較大，不適用于精密較小裝備如飛行器表面的防護。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種抗激光燒蝕的聚合物基防護涂層及其制備方法的新技術(shù)方案。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種抗激光燒蝕的聚合物基防護涂層，所述涂層覆蓋于被保護基體的表面；所述涂層包括前驅(qū)體溶液和納米顆粒，納米顆粒包括tio2、al、vo2、sic、b4c、cbn和碳納米管，且tio2、al、vo2、sic、b4c、cbn、碳納米管的質(zhì)量比為2～5:1～3:1～2:1～3:2～3:1～1.5:1～1.5，且在所述涂層中，納米顆粒的質(zhì)量百分比為10％-25％，前驅(qū)體溶液的質(zhì)量百分比為75％-90％。

3、可選地，采用旋涂法以在被保護基體的表面形成防護涂層。

4、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種抗激光燒蝕的聚合物防護涂層的制備方法，包括如下步驟：

5、步驟s100，對基體進行預(yù)處理；

6、步驟s200，制備前驅(qū)體溶液；其中，所述前驅(qū)體溶液包括聚硅氮烷和二甲苯溶劑；

7、步驟s300，將tio2、al、vo2、sic、b4c、cbn、碳納米管顆粒依次加入前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻后將其置于超聲分散儀中超聲分散5-15min，而后加入質(zhì)量分數(shù)為0.3％-1.2％的消泡劑，并在電磁攪拌器中繼續(xù)攪拌5-15min，以形成均勻的混合液；

8、其中，在混合溶液中，tio2、al、vo2、sic、b4c、cbn、碳納米管顆粒的的質(zhì)量比為2～5:1～3:1～2:1～3:2～3:1～1.5:1～1.5，且納米顆粒的質(zhì)量百分比為10％-25％，前驅(qū)體溶液的質(zhì)量百分比為75％-90％；

9、步驟s400，將混合液采用旋涂法對預(yù)處理后的基體進行涂覆，并在ar氣氛中進行固化，以在基體表面形成涂層。

10、可選地，制備前驅(qū)體溶液，包括：

11、將聚硅氮烷溶于二甲苯溶劑中得到前驅(qū)體溶液，并采用電動攪拌器進行攪拌，攪拌速度為1500r/min-2500r/min，攪拌時間為5-10min；其中，在前驅(qū)體溶液中，聚硅氮烷的質(zhì)量百分比為40％-60％。

12、可選地，對基體進行預(yù)處理，包括：

13、將基體表面及邊緣處使用砂紙打磨平整，然后將其放在酒精中進行超聲清洗。

14、可選地，所述基體的材質(zhì)為碳或碳復(fù)合材料，或者，所述基體的材質(zhì)為金屬；所述砂紙為小于100目的砂紙；超聲清洗的溫度為25℃-30℃，清洗時間為5-10min。

15、可選地，在步驟s300中，在將tio2、al、vo2、sic、b4c、cbn、碳納米管顆粒依次加入前驅(qū)體溶液中后，采用電動攪拌器對前驅(qū)體溶液進行攪拌，攪拌速度為1500r/min-2000r/min，攪拌時間為2-5min。

16、可選地，所述tio2、al、vo2、sic、b4c、cbn、碳納米管顆粒的粒徑均為300nm-1000nm。

17、可選地，在采用旋涂法進行涂覆時，轉(zhuǎn)速為2000r/min-2500r/min，時間為30s-40s。

18、可選地，在ar氣氛中進行固化時，固化條件如下：

19、先以2℃/min的升溫速率升至230℃，保溫時間2h，后以3℃/min的降溫速率進行降溫，降溫至25℃，保溫時間30min。

20、本發(fā)明的一個技術(shù)效果在于：

21、在本技術(shù)實施例中，利用納米b4c和碳納米管制備抗激光燒蝕防護涂層，其中，納米b4c的鈍化作用和碳納米管的釘扎作用均能使涂層的力學(xué)性能得到較大提升。因此，通過調(diào)控納米b4c和碳納米管的含量改善聚硅氮烷基抗激光燒蝕涂層的力學(xué)性能與結(jié)合強度。

22、同時，利用多納米相的al和vo2反射激光，聚硅氮烷消耗激光能量，裂解產(chǎn)物sicn隔熱，納米cbn耐磨，納米tio2和sic吸波等作用協(xié)同配合，有效提升涂層的綜合性能，對基體起到有效的防護作用。

23、進一步地，在激光燒蝕過程中，涂層中的tio2、al、b4c發(fā)生反應(yīng)生成al2o3、tib2、tic。其中tib2具有很高的硬度。tib2在空氣中抗氧化溫度可達1000℃，tic具有熱穩(wěn)定性好的特點，使得涂層的性能得到進一步的提高。