耐辐照热控填料和防静电热控涂层及其制备方法与流程

1.本技术涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种耐辐照热控填料及其制备方法、以及一种防静电热控涂层及其制备方法。


背景技术：

2.热控涂层是航天器热控系统的重要组成部分，其通过调节航天器表面的太阳吸收率(αs)和半球发射率(εh)来控制航天器的热量平衡，以保障航天器本身和航天器自带载荷始终处于正常工作温度。
3.当航天器在高轨飞行或是深空探测飞行过程中，太阳风及空间带电粒子对航天器外表面材料具有充电作用，会造成航天器局部表面积聚大量静电荷，存在静电积累放电、干扰航天器上电子设备工作、引起系统故障等风险。为避免航天器在空间环境中的静电积累效应，对处于空间环境下的热控涂层提出了防静电的性能要求。与此同时，航天器长期高轨飞行或是深空探测飞行时，其经受到的空间辐照特性与近地轨道航天器不一样，其中高能量、大剂量的质子辐照特性最为突出。因此，应用于高轨或深空探测环境的热控涂层材料，应该在具备常见的热控涂层材料特性以外，还应同时具备防静电与耐质子辐照特性。
4.热控涂层主要由功能填料组分与粘接剂组分组成，粘接剂组分通常采用有机硅树脂、硅酸盐的材料体系，可以很好的抵抗紫外辐照及原子氧等带来的影响。功能填料是热控涂层中最为重要的组分，负责实现涂层的热控、防静电、抗辐照特性。目前通常通过在氧化锌中掺杂金属元素作为一种具有高反射性的防静电热控涂层的填料。但是，氧化锌对于质子辐照的耐受性较差，这是由于空间高能质子(50kev)可使氧化锌、正钛酸锌等常用热控涂层填料发生电离现象，不停引起其晶格中形成游离氧和氧空位，逐渐形成缺陷，这会导致热控涂层的太阳吸收比不断升高，严重影响涂层散热能力，无法满足航天器使用寿命要求。因此，对于长期高轨或是深空环境下的热控涂层，如何在满足防静电要求的同时确保空间质子辐照稳定性是目前急需解决的问题。
5.申请内容
6.本技术提供了一种耐辐照热控填料及其制备方法、以及一种防静电热控涂层及其制备方法，以解决热控涂层长期在高轨或是深空环境下使用时，如何在满足防静电要求的同时确保其空间质子辐照稳定性的技术问题。
7.本技术提供了一种耐辐照热控填料的制备方法，包括：
8.(1)将铝盐和锌盐的混合盐溶液与碱性溶液反应制得前驱体；
9.(2)对前驱体进行干燥和煅烧，获得铝掺杂氧化锌粉体；以及
10.(3)对铝掺杂氧化锌粉体进行氧气气氛纯化，获得耐辐照热控填料，其中，纯化的温度高于煅烧的温度。
11.本技术还提供了一种耐辐照热控填料，该耐辐照热控填料通过上述耐辐照热控填料的制备方法制得；其中，耐辐照热控填料的铝掺杂比例1％～5％，填料具有微观棒状结构，棒状结构的长度为100纳米～1微米。
12.本技术提供了一种防静电热控涂层的制备方法，包括：在基体树脂中加入上述耐辐照热控填料，混合分散均匀以制得涂料；将涂料喷涂于基材上以形成防静电热控涂层。
13.本技术还提供了一种防静电热控涂层，该防静电热控涂层通过上述防静电热控涂层的制备方法制得本技术的耐辐照热控填料的制备方法中，选用铝作为氧化锌的掺杂元素，此时高价的铝离子取代氧化锌中的锌离子，产生氧空位，提高载流子浓度，从而提高填料的电导率，得到防静电填料。例如，本技术的一具体示例中制得的填料的太阳吸收比为0.19
±
0.02，半球发射率为0.91
±
0.02，填料粉体的电阻率低至106ω
·
m。
14.考虑到铝掺杂氧化锌粉体的熔点(1975℃)和沸点(2360℃)均比较高，因此步骤(3)中的氧气气氛纯化过程相当于一种再结晶过程，高于煅烧温度的纯化温度使得温度升高时表面存在许多再结晶晶核，且当纯化过程在氧气环境下进行时，会有许多吸附氧参与其中，对晶体中的氧空位缺陷进行填补。
15.而目前对于结构材料抗辐照性能强化技术路径则主要有细晶强化增加晶界与第二相强化增加相界面两种，氧空位缺陷为粉体颜料光学性能退化的主要辐照诱发缺陷，为提高填料的抗质子辐照稳定性，本技术通过对填料进行氧气气氛纯化处理，利用晶格缺陷调控相界面和晶体内部空位设计的原理，降低粉体颜料中氧空位缺陷的浓度，实现抑制填料的质子辐照损伤，提高了填料的在真空-质子辐照环境下的稳定性，在满足防静电要求的同时确保空间质子辐照稳定性，延长材料使用寿命。例如，在本技术的一示例中，填料在经过50kev3.5
×
10
16
p/cm2注量的真空-质子辐照后，太阳吸收比的退化小于0.05，半球发射率的退化小于0.03，低于现有的高反射性防静电填料，可以满足后续高轨、深空探测等型号对低吸收、高发射且高稳定性的防静电热控涂层的应用需求。
附图说明
16.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1示出了实施例1中的耐辐照热控填料的x射线衍射图；
19.图2示出了图1中的填料的能谱分析图；
20.图3示出了图1中的填料的体积电阻率测试图；
21.图4示出了实施例2的耐辐照热控填料经过sem测试后的微观结构图；
22.图5示出了实施例3的耐辐照热控填料经过sem测试后的微观结构图。
具体实施方式
23.本技术公开了一种耐辐照热控填料及其制备方法、一种防静电热控涂层及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本技术覆盖的保护范围内。本技术所述产品、工艺和应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本技术内容、精神和范围内对本文所述产品、工艺和应用进行改动或适当
变更与组合，来实现和应用本技术技术。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域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，都属于本技术保护的范围。
24.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”、“步骤1”和“步骤2”以及“(1)”和“(2)”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
25.本技术提供了一种耐辐照热控填料的制备方法，包括：
26.(1)将铝盐和锌盐的混合盐溶液与碱性溶液反应制得前驱体；
27.(2)对前驱体进行干燥和煅烧，获得铝掺杂氧化锌粉体；以及
28.(3)对铝掺杂氧化锌粉体进行氧气气氛纯化，获得耐辐照热控填料，其中，纯化的温度高于煅烧的温度。
29.上述制备方法中，选用铝作为氧化锌的掺杂元素，此时高价的铝离子取代氧化锌中的锌离子，产生氧空位，提高载流子浓度，从而提高填料的电导率，得到防静电填料。例如，本技术的一具体示例中制得的填料的太阳吸收比为0.19
±
0.02，半球发射率为0.91
±
0.02，填料粉体的电阻率低至106ω
·
m。
30.考虑到铝掺杂氧化锌粉体的熔点(1975℃)和沸点(2360℃)均比较高，因此步骤(3)中的氧气气氛纯化过程相当于一种再结晶过程，高于煅烧温度的纯化温度使得温度升高时表面存在许多再结晶晶核，且当纯化过程在氧气环境下进行时，会有许多吸附氧参与其中，对晶体中的氧空位缺陷进行填补。
31.而目前对于结构材料抗辐照性能强化技术路径则主要有细晶强化增加晶界与第二相强化增加相界面两种，氧空位缺陷为粉体颜料光学性能退化的主要辐照诱发缺陷，为提高填料的抗质子辐照稳定性，本技术通过对填料进行氧气气氛纯化处理，利用晶格缺陷调控和晶体内部空位设计的原理，降低粉体颜料中氧空位缺陷的浓度，实现抑制填料的质子辐照损伤，提高了填料的在真空-质子辐照环境下的稳定性，在满足防静电要求的同时确保空间质子辐照稳定性，延长材料使用寿命。例如，在本技术的一示例中，填料在经过50kev3.5
×
10
16
p/cm2注量的真空-质子辐照后，太阳吸收比的退化小于0.05，半球发射率的退化小于0.03，低于现有的高反射性防静电填料，可以满足后续高轨、深空探测等型号对低吸收、高发射且高稳定性的防静电热控涂层的应用需求。
32.具体而言，步骤(1)中混合盐溶液的锌与铝的摩尔比为1:(0.01～0.05)；碱性溶液为氢氧化钠、尿素和氨水溶液中的至少一种；混合盐溶液与碱性溶液的摩尔比为3:(4～7)。例如，铝盐和锌盐可以分别为硝酸铝和乙酸锌，或者也可以是硝酸锌和硝酸铝，此处不再一一列举。
33.选用铝作为掺杂元素，且当铝掺杂比例在1％～5％时，铝离子可以完全进入氧化锌晶格的填料粉体，此时高价的铝离子取代氧化锌中的锌离子，产生氧空位，提高载流子浓
度，从而提高填料的电导率，得到防静电填料。
34.选用氢氧化钠、尿素和氨水溶液中的至少一种作为碱性溶液，与阴离子条件下六方极性的氧化锌离子吸附点的不同造成的离子活性不同的特点，可以改变各晶面的生长速度，形成了各向异性生长速率机制，实现了棒状纳米级铝掺杂氧化锌的制备，即填料具有微观棒状结构，该棒状结构的长度100nm～1μm。
35.步骤(1)中，混合盐溶液与碱性溶液通过共沉淀法反应制得前驱体；其中，反应中将碱性溶液水浴加热至70～90℃，将混合盐溶液以20～50ml/min的速度滴加至碱性溶液中，并保持100～500r/min的速度进行搅拌，待混合盐溶液滴加完毕后，测试混合反应的溶液的ph值，使混合反应的溶液的ph值维持在8～10，保持水浴加热的同时搅拌10～60分钟后常温静置8～16小时进行陈化，以结束共沉淀反应。本技术采用上述锌源，并使用共沉淀法反应，由此制得的铝掺杂氧化锌粉体白度高，成分均匀，纯度较高，且化学计量比可控。
36.共沉淀法反应结束后，还可以在反应体系中加入纯水、乙醇、纯水交替对沉淀物进行抽滤清洗，以得到上述前驱体。例如，可以使用抽滤漏斗用纯水和乙醇交替对得到的沉淀物进行抽滤清洗，直至滤液ph与纯水的ph相同，将沉淀物抽干，得到清洁的前驱体。
37.步骤(2)中，将步骤(1)中制得的前驱体进行干燥，例如可以将该前驱体在100～120℃的温度下干燥4～8小时。
38.煅烧可以为一次煅烧，也可以为多次煅烧，煅烧的气氛可以为大气环境。例如，煅烧可以依次包括第一阶段煅烧和第二阶段煅烧；其中，第一阶段煅烧的温度为200～300℃，煅烧时间为12～24小时，煅烧后得到已经干燥的粉体，使用研钵将粉体捣碎；将捣碎的粉体进行第二阶段煅烧，煅烧温度为300～700℃，煅烧时间为3～7小时，最终得到铝掺杂氧化锌粉体。
39.步骤(3)中，氧气气氛纯化过程中，可以通过注入20～30ml/min的氧气流量形成氧气气氛，纯化温度为750～900℃，纯化时间为1～2小时。该氧气气氛纯化过程相当于一种再结晶过程，高于煅烧温度的纯化温度使得温度升高时表面存在许多再结晶晶核，且当纯化过程在氧气环境下进行时，会有许多吸附氧参与其中，对晶体中的氧空位缺陷进行填补，实现了抑制填料的质子辐照损伤，提高了填料的在真空-质子辐照环境下的稳定性，在满足防静电要求的同时确保空间质子辐照稳定性，延长材料使用寿命。
40.本技术还提供了一种耐辐照热控填料，该耐辐照热控填料通过上述任一种耐辐照热控填料的制备方法制得，所制得的耐辐照热控填料的铝掺杂比例1％～5％，填料具有微观棒状结构，棒状结构的长度为100纳米～1微米。
41.本技术还提供了一种防静电热控涂层的制备方法，包括：在基体树脂中加入上述耐辐照热控填料，混合分散均匀以制得涂料；将涂料喷涂于基材上以形成防静电热控涂层。其中，基体树脂可以为有机硅树脂，并在加入耐辐照热控填料之前有机硅树脂与乙酸丁酯混合；且耐辐照热控填料占涂料固含量的65～80wt％。例如，可以在烧杯中加入10g空间级甲基硅树脂和100g乙酸丁酯，混合均匀，在加入40g上述耐辐照热控填料和70g玻璃珠，使用高速分散装置进行砂磨分散，转速800r/min，分散40分钟，得到的涂料分散均匀，无沉淀。
42.本技术还提供了一种防静电热控涂层，其通过上述任一种防静电热控涂层的制备方法制得，在本防静电热控涂层的制备方法中，采用上述耐辐照热控填料，因此涂层在满足防静电要求的同时确保空间质子辐照稳定性。
43.实施例1：
44.耐辐照热控填料的制备方法包括：
45.(1)称取645.4g乙酸锌和22.6g硝酸铝溶于纯水中，溶液定容至3000ml，作为混合盐溶液；称取300g氢氧化钠溶于纯水中，溶液定容至750ml，作为碱性溶液。将碱性溶液水浴加热至80℃，并以200r/min的速率搅拌，同时在该碱性溶液中用恒压滴定管滴入上述混合盐溶液，保持搅拌。待混合盐溶液滴加完毕后，测试滴定混合后的溶液的ph值为8，保持水浴加热并且持续搅拌30分钟。将该滴定混合后的溶液置于常温，静置12小时，得到反应溶液。将该反应溶液进行过滤，并用纯水和无水乙醇交替洗涤至滤液的ph与纯水ph相同，得到前驱体。
46.(2)将前驱体放入烘箱，在100℃下干燥4小时。干燥后以300℃煅烧20小时，完成第一阶段煅烧。将第一阶段煅烧的粉体捣碎，放入马弗炉中进行第二阶段煅烧，即450℃煅烧5小时，得到铝掺杂氧化锌粉体，铝掺杂比例为2％。
47.(3)将铝掺杂氧化锌粉体置于放入管式炉内，通入氧气气氛，在800℃的温度下纯化1小时，该纯化温度高于煅烧温度，从而得到耐辐照热控填料。
48.防静电热控涂层的制备方法包括：在烧杯中加入10g空间级甲基硅树脂和100g乙酸丁酯，混合均匀，在加入40g上述耐辐照热控填料和70g玻璃珠，使用高速分散装置进行砂磨分散，转速800r/min，分散40分钟，得到的涂料分散均匀，无沉淀；将涂料喷涂于基材上以形成防静电热控涂层。
49.如图1和图2所示，从本实例制得的填料能谱分析数据可以看出，填料成分中含有铝和锌元素，而且填料的x射线衍射晶相与标准氧化锌粉体晶相良好吻合，未见其他杂质相，说明填料中的铝元素通过反应进入了氧化锌晶格，形成了铝掺杂改性氧化锌填料。
50.如图3所示，对制得的填料粉体测试体积电阻率，得到粉体的体积电阻率为3.4
×
105ω
·
m，满足粉体防静电要求。且制得的高反射性防静电热控填料与一般铝掺杂氧化锌粉体填料相比，白度更高，更适合用于热控涂层的填料。
51.对制备的防静电热控涂层进行防静电性能测试和耐真空质子辐照测试，涂层的体积电阻率为5.7
×
106ω
·
m；经过50kev3.5
×
10
16
p/cm2注量的真空-质子辐照后，其真空质子辐照后的热辐射性能稍有退化，防静电性能基本无变化，具体测试结果见表1。
52.表1实施例1～3中的涂层经过质子辐照前后的体积电阻率和热辐射性能结果对比
[0053][0054]
实施例2：
[0055]
耐辐照热控填料的制备方法包括：
[0056]
(1)称取987.5g乙酸锌和16.95g硝酸铝溶于纯水中，溶液定容至4500ml，作为混合盐溶液；称取420g氢氧化钠溶于纯水中，溶液定容至1050ml，作为碱性溶液。将碱性溶液水浴加热至80℃，并以300r/min的速率搅拌，同时在该碱性溶液中用恒压滴定管滴入上述混合盐溶液，保持搅拌。待混合盐溶液滴加完毕后，测试滴定混合后的溶液的ph值为8，保持水浴加热并且持续搅拌30分钟。将该滴定混合后的溶液置于常温，静置12小时，得到反应溶液。将该反应溶液进行过滤，并用纯水和无水乙醇交替洗涤至滤液的ph与纯水ph相同，得到前驱体。
[0057]
(2)将前驱体放入烘箱，在100℃下干燥4小时。干燥后以300℃煅烧20小时，完成第一阶段煅烧。将第一阶段煅烧的粉体捣碎，放入马弗炉中进行第二阶段煅烧，即450℃煅烧5小时，得到铝掺杂氧化锌粉体，铝掺杂比例为1％。
[0058]
(3)将铝掺杂氧化锌粉体置于放入管式炉内，通入氧气气氛，在800℃的温度下纯化1小时，该纯化温度高于煅烧温度，从而得到耐辐照热控填料。
[0059]
防静电热控涂层的制备方法包括：在烧杯中加入10g空间级甲基硅树脂和100g乙酸丁酯，混合均匀，在加入40g上述耐辐照热控填料和70g玻璃珠，使用高速分散装置进行砂磨分散，转速800r/min，分散40分钟，得到的涂料分散均匀，无沉淀；将涂料喷涂于基材上以形成防静电热控涂层。
[0060]
如图4所示，本实例制得的填料粉体粒径约100～600nm，形状规则完整，微观结构呈棒状。粉体的体积电阻率为1.8
×
105ω
·
m，满足粉体防静电要求。制得的高反射性防静电热控填料与一般铝掺杂氧化锌粉体填料相比，白度更高，更适合作为散热型防静电热控涂层的填料。
[0061]
对制备的涂层进行防静电性能测试和耐真空质子辐照测试，涂层体积电阻率为2.8
×
106ω
·
m，经过真空质子辐照后热辐射性能稍有退化，防静电性能基本无变化。经50kev3.5
×
10
16
p/cm2注量的真空-质子辐照后的具体测试结果见表1。
[0062]
实施例3：
[0063]
耐辐照热控填料的制备方法包括：
[0064]
(1)称取645.4g乙酸锌和11.26g硝酸铝溶于纯水中，溶液定容至3000ml，作为混合盐溶液；称取600.1g尿素溶于纯水中，溶液定容至1000ml，作为碱性溶液。将碱性溶液水浴加热至80℃，并以300r/min的速率搅拌，同时在该碱性溶液中用恒压滴定管滴入上述混合盐溶液，保持搅拌。待混合盐溶液滴加完毕后，测试滴定混合后的溶液的ph值为8，保持水浴加热并且持续搅拌30分钟。将该滴定混合后的溶液置于常温，静置12小时，得到反应溶液。将该反应溶液进行过滤，并用纯水和无水乙醇交替洗涤至滤液的ph与纯水ph相同，得到前驱体。
[0065]
(2)将前驱体放入烘箱，在100℃下干燥4小时。干燥后以300℃煅烧20小时，完成第一阶段煅烧。将第一阶段煅烧的粉体捣碎，放入马弗炉中进行第二阶段煅烧，即450℃煅烧5小时，得到铝掺杂氧化锌粉体，铝掺杂比例为1％。
[0066]
(3)将铝掺杂氧化锌粉体置于放入管式炉内，通入氧气气氛，在800℃的温度下纯化1小时，该纯化温度高于煅烧温度，从而得到耐辐照热控填料。
[0067]
防静电热控涂层的制备方法包括：在烧杯中加入10g空间级甲基硅树脂和100g乙酸丁酯，混合均匀，在加入40g上述耐辐照热控填料和70g玻璃珠，使用高速分散装置进行砂
磨分散，转速800r/min，分散40分钟，得到的涂料分散均匀，无沉淀；将涂料喷涂于基材上以形成防静电热控涂层。
[0068]
如图5所示，本实例制得的填料粉体粒径约50～200nm，形状规则完整，形状规则完整，微观结构呈圆形。粉体的体积电阻率为4.7
×
105ω
·
m，满足粉体防静电要求。制得的高反射性防静电热控填料与一般铝掺杂氧化锌粉体填料相比，白度更高，更适合作为散热型防静电热控涂层的填料。
[0069]
对制备的涂层进行防静电性能测试和耐真空质子辐照测试，涂层的体积电阻率为6.9
×
106ω
·
m，经过真空质子辐照后热辐射性能稍有退化，防静电性能基本无变化。经50kev3.5
×
10
16
p/cm2注量的真空-质子辐照后的具体测试结果见表1。
[0070]
对比例1：
[0071]
热控填料的制备方法包括：
[0072]
(1)称取645.4g乙酸锌和22.6g硝酸铝溶于纯水中，溶液定容至3000ml，作为混合盐溶液；称取300g氢氧化钠溶于纯水中，溶液定容至750ml，作为碱性溶液。将碱性溶液水浴加热至80℃，并以200r/min的速率搅拌，同时在该碱性溶液中用恒压滴定管滴入上述混合盐溶液，保持搅拌。待混合盐溶液滴加完毕后，测试滴定混合后的溶液的ph值为8，保持水浴加热并且持续搅拌30分钟。将该滴定混合后的溶液置于常温，静置12小时，得到反应溶液。将该反应溶液进行过滤，并用纯水和无水乙醇交替洗涤至滤液的ph与纯水ph相同，得到前驱体。
[0073]
(2)将前驱体放入烘箱，在100℃下干燥4小时。干燥后以300℃煅烧20小时，完成第一阶段煅烧。将第一阶段煅烧的粉体捣碎，放入马弗炉中进行第二阶段煅烧，即450℃煅烧5小时，得到铝掺杂氧化锌粉体作为热控填料，铝掺杂比例为2％。
[0074]
防静电热控涂层的制备方法包括：在烧杯中加入10g空间级甲基硅树脂和100g乙酸丁酯，混合均匀，在加入40g上述耐辐照热控填料和70g玻璃珠，使用高速分散装置进行砂磨分散，转速800r/min，分散40分钟，得到的涂料分散均匀，无沉淀；将涂料喷涂于基材上以形成防静电热控涂层。
[0075]
与实施例1相比，对比例1的热控填料的制备方法中未包含氧气气氛纯化步骤。对制得的填料粉体测试体积电阻率，得到粉体的体积电阻率为3.9
×
105ω
·
m，满足粉体防静电要求。对制备的涂层进行防静电性能测试和耐真空质子辐照测试，半球发射率在辐照前后变化不明显，但是涂层体积电阻率为从辐照前的3.3
×
106ω
·
m升高至7.6
×
106ω
·
m，太阳吸收比从辐照前的0.18增大到0.48，可见经过真空质子辐照后，粉体热辐射性能退化严重，且涂层外观出现明显黄变，防静电性能变化较小，表明氧气气氛纯化步骤可以实现防静电性能的同时确保耐质子辐照性能。经50kev 3.5
×
10
16
p/cm2注量的真空-质子辐照后的具体测试结果见表2。
[0076]
表2对比例1～3中的涂层经过质子辐照前后的体积电阻率和热辐射性能结果对比
[0077][0078]
对比例2：
[0079]
热控填料的制备方法包括：
[0080]
(1)称取645.4g乙酸锌和22.6g硝酸铝溶于纯水中，溶液定容至3000ml，作为混合盐溶液；称取300g氢氧化钠溶于纯水中，溶液定容至750ml，作为碱性溶液。将碱性溶液水浴加热至80℃，并以200r/min的速率搅拌，同时在该碱性溶液中用恒压滴定管滴入上述混合盐溶液，保持搅拌。待混合盐溶液滴加完毕后，测试滴定混合后的溶液的ph值为8，保持水浴加热并且持续搅拌30分钟。将该滴定混合后的溶液置于常温，静置12小时，得到反应溶液。将该反应溶液进行过滤，并用纯水和无水乙醇交替洗涤至滤液的ph与纯水ph相同，得到前驱体。
[0081]
(2)将前驱体放入烘箱，在100℃下干燥4小时。干燥后以300℃煅烧20小时，完成第一阶段煅烧。将第一阶段煅烧的粉体捣碎，放入马弗炉中进行第二阶段煅烧，即450℃煅烧5小时，得到铝掺杂氧化锌粉体，铝掺杂比例为2％。
[0082]
(3)将铝掺杂氧化锌粉体置于放入管式炉内，通入氢气气氛，在800℃的温度下纯化1小时，该纯化温度高于煅烧温度，从而得到热控填料。
[0083]
防静电热控涂层的制备方法包括：在烧杯中加入10g空间级甲基硅树脂和100g乙酸丁酯，混合均匀，在加入40g上述耐辐照热控填料和70g玻璃珠，使用高速分散装置进行砂磨分散，转速800r/min，分散40分钟，得到的涂料分散均匀，无沉淀；将涂料喷涂于基材上以形成防静电热控涂层。
[0084]
与实施例1相比，对比例2的热控填料的制备方法中采用氢气气氛纯化，纯化温度不变。对制得的填料粉体测试体积电阻率，得到粉体的体积电阻率为8.8
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105ω
·
m，满足粉体防静电要求。对制备的涂层进行防静电性能测试和耐真空质子辐照测试，半球发射率在辐照前后变化不明显，但是涂层体积电阻率为从辐照前的5.3
×
106ω
·
m升高至8.3
×
106ω
·
m，太阳吸收比从辐照前的0.2增大到0.5，可见经过真空质子辐照后，粉体热辐射性能退化严重，且涂层外观出现明显黄变，防静电性能变化较小，表明氧气气氛纯化步骤可以实现防静电性能的同时确保耐质子辐照性能，气氛条件改变将无法改善耐辐照性能。经50kev 3.5
×
10
16
p/cm2注量的真空-质子辐照后的具体测试结果见表2。
[0085]
对比例3：
[0086]
热控填料的制备方法包括：
[0087]
(1)称取645.4g乙酸锌和22.6g硝酸铝溶于纯水中，溶液定容至3000ml，作为混合盐溶液；称取300g氢氧化钠溶于纯水中，溶液定容至750ml，作为碱性溶液。将碱性溶液水浴加热至80℃，并以200r/min的速率搅拌，同时在该碱性溶液中用恒压滴定管滴入上述混合盐溶液，保持搅拌。待混合盐溶液滴加完毕后，测试滴定混合后的溶液的ph值为8，保持水浴
加热并且持续搅拌30分钟。将该滴定混合后的溶液置于常温，静置12小时，得到反应溶液。将该反应溶液进行过滤，并用纯水和无水乙醇交替洗涤至滤液的ph与纯水ph相同，得到前驱体。
[0088]
(2)将前驱体放入烘箱，在100℃下干燥4小时。干燥后以300℃煅烧20小时，完成第一阶段煅烧。将第一阶段煅烧的粉体捣碎，放入马弗炉中进行第二阶段煅烧，即450℃煅烧5小时，得到铝掺杂氧化锌粉体，铝掺杂比例为2％。
[0089]
(3)将铝掺杂氧化锌粉体置于放入管式炉内，通入氧气气氛，在400℃的温度下纯化1小时，该纯化温度低于煅烧温度，从而得到耐辐照热控填料。
[0090]
防静电热控涂层的制备方法包括：在烧杯中加入10g空间级甲基硅树脂和100g乙酸丁酯，混合均匀，在加入40g上述耐辐照热控填料和70g玻璃珠，使用高速分散装置进行砂磨分散，转速800r/min，分散40分钟，得到的涂料分散均匀，无沉淀；将涂料喷涂于基材上以形成防静电热控涂层。
[0091]
与实施例1相比，对比例3的热控填料的制备方法中氧气气氛纯化的温度低于最高煅烧温度。对制得的填料粉体测试体积电阻率，得到粉体的体积电阻率为2.8
×
105ω
·
m，满足粉体防静电要求。对制备的涂层进行防静电性能测试和耐真空质子辐照测试，半球发射率在辐照前后变化不明显，但是涂层体积电阻率为从辐照前的3.3
×
106ω
·
m升高至6.6
×
106ω
·
m，太阳吸收比从辐照前的0.18增大到0.48，可见经过真空质子辐照后，粉体热辐射性能退化严重，且涂层外观出现明显黄变，防静电性能变化较小，表明氧气气氛纯化步骤中需气氛条件和纯化温度同时满足要求才可以实现防静电性能的同时确保耐质子辐照性能，温度条件改变将无法改善耐辐照性能。经50kev 3.5
×
10
16
p/cm2注量的真空-质子辐照后的具体测试结果见表2。
[0092]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种耐辐照热控填料的制备方法，其特征在于，包括：(1)将铝盐和锌盐的混合盐溶液与碱性溶液反应制得前驱体；(2)对所述前驱体进行干燥和煅烧，获得铝掺杂氧化锌粉体；以及(3)对所述铝掺杂氧化锌粉体进行氧气气氛纯化，获得所述耐辐照热控填料，其中，所述纯化的温度高于所述煅烧的温度。2.根据权利要求1所述的耐辐照热控填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混合盐溶液的锌与铝的摩尔比为1:(0.01～0.05)；所述碱性溶液为氢氧化钠、尿素和氨水溶液中的至少一种；所述混合盐溶液与所述碱性溶液的摩尔比为3:(4～7)。3.根据权利要求2所述的耐辐照热控填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混合盐溶液与所述碱性溶液通过共沉淀法反应制得所述前驱体；其中，所述反应中将所述碱性溶液水浴加热至70～90℃，将所述混合盐溶液以20～50ml/min的速度滴加至所述碱性溶液中，并保持100～500r/min的速度进行搅拌，待所述混合盐溶液滴加完毕后，测试混合反应的溶液的ph值，使混合反应的溶液的ph值维持在8～10，保持水浴加热的同时搅拌10～60分钟后常温静置8～16小时进行陈化，以结束所述共沉淀反应。4.根据权利要求1所述的耐辐照热控填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述煅烧依次包括第一阶段煅烧和第二阶段煅烧；其中，所述第一阶段煅烧的温度为200～300℃，煅烧时间为12～24小时；所述第二阶段煅烧的温度为300～700℃，煅烧时间为3～7小时。5.根据权利要求1所述的耐辐照热控填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过注入20～30ml/min的氧气流量形成所述氧气气氛。6.根据权利要求1所述的耐辐照热控填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述纯化温度为750～900℃，纯化时间为1～2小时。7.一种耐辐照热控填料，其特征在于，所述耐辐照热控填料通过权利要求1～6任一项所述的耐辐照热控填料的制备方法制得；其中，所述耐辐照热控填料的铝掺杂比例1％～5％，所述填料具有微观棒状结构，所述棒状结构的长度为100纳米～1微米。8.一种防静电热控涂层的制备方法，其特征在于，包括：在基体树脂中加入权利要求7所述的耐辐照热控填料，混合分散均匀以制得涂料；将所述涂料喷涂于基材上以形成所述防静电热控涂层。9.根据权利要求8所述的防静电热控涂层的制备方法，其特征在于，所述基体树脂为有机硅树脂，在加入所述耐辐照热控填料之前所述有机硅树脂与乙酸丁酯混合；且所述耐辐照热控填料占所述涂料固含量的65～80wt％。10.一种防静电热控涂层，其特征在于，所述防静电热控涂层通过权利要求8或9所述的防静电热控涂层的制备方法制得。

技术总结
本申请涉及一种耐辐照热控填料及其制备方法、以及一种防静电热控涂层及其制备方法，其中填料制备方法括：(1)将铝盐和锌盐的混合盐溶液与碱性溶液反应制得前驱体；(2)对前驱体进行干燥和煅烧，获得铝掺杂氧化锌粉体；以及(3)对铝掺杂氧化锌粉体进行氧气气氛纯化，获得耐辐照热控填料，其中，纯化的温度高于煅烧的温度。上述填料制备方法中采用氧气气氛纯化处理，利用了晶格缺陷调控和晶体内部空位设计的原理，降低粉体颜料中氧空位缺陷的浓度，实现抑制填料的质子辐照损伤，提高了填料以及包含该填料的涂层在真空-质子辐照环境下的稳定性，在满足防静电要求的同时确保空间质子辐照稳定性，延长材料使用寿命。延长材料使用寿命。


技术研发人员：平托 郑琰 靳宇 白晶莹 杨鑫 丁为 张东 张杭 焦宝成
受保护的技术使用者：北京星驰恒动科技发展有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/7/19