一种玻璃微球包覆铁钴镍中熵涂层及其制备方法与流程

1.本发明涉及航空发动机隐身材料涂层技术领域，属于一种玻璃微球包覆铁钴镍中熵涂层及其制备方法。


背景技术：

2.随着新材料制备技术向微观精细化的发展，粉体的改性处理技术也变得越来越重要。人们现在已经不追求单一材料的微米级、纳米级，而是期望制备出的复合粒子具有独特的物理、化学或生物功能以满足各种实际需要。通过电子束物理气相沉积包覆粉体材料，使粉体材料获得比表面积大、表面能高及反应活性大的特性，能使其性能大大优于块体材料。同时使材料和包覆层形成特殊的核壳结构，使其具有独特的封闭式微环境，可有效地提高内部反应界面利用率；壳层也可以作为反应的活性位，参与反应。核壳结构材料还具有腔体和壳层丰富的可调变性及修饰性，大大提高整体材料理化性能。在隐身材料吸收剂和封严涂层等材料研究和应用上具有巨大优势。
3.隐身技术起源于第二次世界大战，在美英德日俄等发达国家受到了广泛的关注。由于雷达探测具有探测距离远精度高等优点，对现代兵器产生的威胁日益严重，为此各国都在努力发展雷达隐身技术。雷达隐身技术是通过减弱抑制偏转目标的雷达回波强度或减小雷达散射截面积(rsc)，来降低敌方雷达对目标的发现概率，主要包括外形隐身技术和雷达吸波材料隐身技术，其中雷达吸波材料隐身技术因其匹配性强，操作方便，易于调节等特点已成为了必要的隐身措施。
4.吸波涂料一般由胶黏剂、吸收剂和各种助剂组成，其中吸收剂是主体材料，直接决定了涂层吸波性能。根据吸波原理可知，影响吸波材料性能的重要因素包括吸收材料的阻抗匹配特性及材料衰减特性。其中，提高电磁波衰减需要提高的吸波材料的电磁损耗特性，而吸波材料的阻抗匹配需要吸波材料具有较好的介电匹配特性。但由于单一吸收剂存在频带窄、吸波性能不稳定等缺点，单一吸收剂的吸波材料离预期目标有一定差距。因此，吸收剂表面改性研究受到了广泛的关注。表面改性是一种具有特色的吸收剂改性方法，广泛应用于吸收剂表面处理，不仅可以改善吸波材料的抗氧化性和抗腐蚀性，而且可以降低介电常数和改善阻抗匹配等特性，最终达到提高吸波材料的吸波性能目的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：针对上述现有技术的不足而设计提供一种玻璃微球包覆铁钴镍中熵涂层及其制备方法，其目的通过电子束物理气相沉积技术，在玻璃微球表面获得铁钴镍中熵涂层，获得一种全新的涂层材料，解决目前包覆改性技术均匀性和电磁性能提升的问题。
6.为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
7.一方面，提供一种玻璃微球包覆铁钴镍中熵涂层，所述玻璃微球分子式为sio2，纯度大于90％，用过筛的方法保障玻璃微球粒径为100～200微米；
8.所述铁钴镍中熵涂层制备时用到的靶材的分子式为feconi，纯度大于98％；
9.所述中熵涂层通过电子束物理气相沉积均匀包覆在玻璃微球表面，其厚度在纳米级别，具有离散型和连续型两种组织结构，其成分为feconi，纯度为100％。所述中熵涂层厚度为2-100nm。
10.另一方面，提供所述的中熵涂层的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：
11.步骤一、利用电子束熔炼的方法进行铁钴镍中熵靶材合成，其熔炼参数为加速电流10-15a，加速电压25-30kv，真空度《5
×
10-4
torr；
12.步骤二、将铁钴镍中熵靶材装入电子束物理气相沉积设备沉积室，蒸发铁钴镍中熵靶材，沉积工艺参数选取如下：
13.沉积室的真空度《5
×
10-4
torr；电子束的束流强度1.6-1.8a；蒸发时间10-60min；
14.步骤三、冷却：将玻璃微球冷却至150摄氏度以下，控制旋转速度，在转动的玻璃微球表面获得铁钴镍中熵涂层。
15.所述步骤二中电子束的束流强度1.6-1.8a，玻璃微球温度400-500℃。电子束物理气相沉积最关键的工艺参数为电子束的束流强度和玻璃微球温度,能提升结合的效果。并结合特定的旋转速度和温度下，通过电子束物理气相沉积进行包覆，使涂层具有较好结合强度，其纳米尺寸效应能很好提高玻璃微球的电磁性能。
16.所述步骤二中电子束的轰击时间30min；玻璃微球的旋转速度为2-5rpm。优选地，步骤三中玻璃微球的旋转速度为3-4rpm。步骤一熔炼参数中电子枪功率250kw；步骤三中所述的冷却为自然冷却。
17.本发明的有益效果是：本发明作为一类新型包覆改性技术，其利用电子束物理气相沉积技术制备铁钴镍中熵涂层，通过控制电子束流、玻璃微球温度以及其转动速度，将会使铁涂层具有独特的柱状晶结构和纳米结构，同时具有较好的结合性能，能提升铁包覆层的均匀性，又能提高玻璃微球的电磁性能。
附图说明
18.图1为实施例1的离散型包覆结构示意图；
19.图2为实施例1的电磁参数优化示意图；
20.图3为实施例2的离散连续型包覆结构示意图；
21.图4为实施例2的电磁参数优化示意图；
22.图5为连续和离散型包覆后微球外观。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述
仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
25.在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
26.实施例1：
27.本实施例为制备一种玻璃微球包覆离散型纳米结构铁钴镍中熵涂层，通过离散型纳米结构铁钴镍中熵涂层包覆能提高玻璃微球的电磁性能。
28.(1)利用电子束熔炼的方法进行铁钴镍中熵靶材合成，其熔炼参数为电子枪功率200kw，加速电流12a，加速电压25kv，真空度《3
×
10-4
torr。
29.(2)将铁钴镍中熵靶材装入电子束物理气相沉积设备沉积室，通过电子枪蒸发铁钴镍中熵靶材，沉积室的真空度3
×
10-4
torr；电子束的束流强度1.65a，先轰击时间30min，控制玻璃微球的温度425℃，蒸发15min；
30.(3)冷却：将玻璃微球冷却至100摄氏度，在转动的玻璃微球表面获得铁钴镍中熵涂层，旋转速度为4rpm，使涂层更易形成离散型涂层包覆；
31.实施例2：
32.本实施例为制备一种玻璃微球包覆连续型纳米结构铁钴镍中熵涂层，通过连续型纳米结构铁钴镍中熵涂层包覆能提高玻璃微球的电磁性能。
33.(1)利用电子束熔炼的方法进行铁钴镍中熵靶材合成，其熔炼参数为电子枪功率200kw，加速电流14a，加速电压25kv，真空度《2
×
10-4
torr。
34.(2)将铁钴镍中熵靶材装入电子束物理气相沉积设备沉积室，通过电子枪蒸发铁钴镍中熵靶材，沉积室的真空度2
×
10-4
torr；电子束的束流强度1.75a，先轰击时间30min，控制玻璃微球的温度475℃，蒸发45min；
35.(3)冷却：将玻璃微球冷却至100摄氏度，在转动的玻璃微球表面获得铁钴镍中熵涂层，旋转速度为2rpm，使涂层更易形成连续型涂层包覆；
36.本发明制备的铁钴镍中熵包覆涂层从性能和外观上看。图1所示，利用电子束物理气相沉积技术制备铁钴镍中熵包覆涂层，将会使涂层具有独特的纳米结构，同时具有较好的包覆结合力。如图2、图4可以看出，涂层设计上，通过电子束物理气相沉积技术蒸发铁钴镍中熵靶材，本发明既能提升铁包覆的均匀性，又能提高玻璃微球的电磁性能。如图3所示是连续型包覆结构，可以看出包覆的中熵涂层均匀在颗粒表面，图中高亮的一层即是包覆的涂层。图5能看出包覆前后颗粒外观的变化，未包覆前的颗粒外观颜色为白色，包覆后为褐色，从外观也可以看出涂层均匀包覆在颗粒表面。

技术特征：
1.一种玻璃微球包覆铁钴镍中熵涂层，其特征在于：所述玻璃微球分子式为sio2，纯度大于90％，用过筛的方法保障玻璃微球粒径为100～200微米；所述铁钴镍中熵涂层制备时用到的靶材的分子式为feconi，纯度大于98％；所述中熵涂层通过电子束物理气相沉积均匀包覆在玻璃微球表面，其厚度在纳米级别，具有离散型和连续型两种组织结构，其成分为feconi，纯度为100％。2.根据权利要求1所述中熵涂层，其特征在于：所述中熵涂层厚度为2-100nm。3.根据权利要求1所述的中熵涂层的制备方法，其特征在于：所述制备方法包含以下步骤：步骤一、利用电子束熔炼的方法进行铁钴镍中熵靶材合成，其熔炼参数为加速电流10-15a，加速电压25-30kv，真空度<5
×
10-4
torr；步骤二、将铁钴镍中熵靶材装入电子束物理气相沉积设备沉积室，蒸发铁钴镍中熵靶材，沉积工艺参数选取如下：沉积室的真空度<5
×
10-4
torr；电子束的束流强度1.6-1.8a；蒸发时间10-60min；步骤三、冷却：将玻璃微球冷却至150摄氏度以下，控制旋转速度，在转动的玻璃微球表面获得铁钴镍中熵涂层。4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：所述步骤二中玻璃微球温度400-500℃。5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：步骤二中电子束的轰击时间30min。6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：步骤三中玻璃微球的旋转速度为2-5rpm。7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：步骤三中玻璃微球的旋转速度为3-4rpm。8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：步骤一熔炼参数中电子枪功率250kw。9.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：步骤三中所述的冷却为自然冷却。

技术总结
本发明涉及航空发动机隐身材料技术领域，涉及一种玻璃微球包覆铁钴镍中熵涂层及其制备方法，包括玻璃微球选择、铁钴镍中熵靶材制备和铁涂层制备的步骤；其铁涂层制备的步骤为：将铁钴镍中熵靶材装入电子束物理气相沉积设备沉积室，蒸发铁钴镍中熵靶材，铁钴镍中熵靶材的分子式为FeCoNi，纯度大于98％；选择沉积工艺参数：沉积室的真空度<5


技术研发人员：刘政 申造宇 李业华 何山 赫丽华
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/6