张珈硕申报书

张珈硕申报书(1)(1)20xxxxx张珈硕申报书(1)(1)目录项目基本情况张珈硕申报书(1)(1)第十七批大学生创新训练项目申请书项目名称：高温有机硅酸盐涂层高发射率功能设计与制备研究项目负责人：张珈硕学院年级专业：材料学院2022级材料科学与工程专业联系电话子信箱：2213846581@创新创业学院项目部填表日期：2023年11月张珈硕申报书(1)(1)填表须知一、项目申请表要按照《东北大学"国家大学生创新性实验计划"项目管理办法》、《东北大学大学生创新创业训练计划自筹经费项目管理办法》和第十五批"大学生创新创业训练计划"项目申报通知的相关要求，逐项认真填写。填写内容必须实事求是，表达明确严谨，语言简洁明了二、格式要求：表格中的正文字体应为小四号宋体，22磅行距，打印输出；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4纸双面打印，于左侧装订成册，单页面总体不超8页，双页面不超过4页三、项目申请表填写内容应言简意赅，思路清晰，论证充分，字迹清楚，一律用计算机输入打印张珈硕申报书(1)(1)四、团队申报的成员由核心成员和预备成员组成，其中核心成员由1-2人组成(含项目负责人)，预备成员1-3人五、学生申请课题须自行联系确定指导教师。项目申请表由项目负责人填写，经项目组成员和指导教师签字后，申请表交到各学院教学办，软件学院交至院团委，RAL、EPM和流程工业综合自动化重点实验室交到各实验室办公室四、院级评审后，各单位将评审汇总后的项目资料统一上报创新创业学院，创新创业学院将组织现场答辩(资助项目)或者书面评审(自筹项目)确定项目名单七、申报表以学院、实验室为单位统一报送张珈硕申报书(1)(1)八、如填表有不明事宜，请致电创新创业学院项目部83677206项目基本情况1项目基本情况项目基本情况申报书正文1、项目摘要本项目针对研发新一代无人机长寿命、耐高温700℃、高发射率多功能化一体化的集成需求，通过对有机硅高温防护涂层的成分优化设计，形成耐温抗腐蚀高发射率涂层项目基本情况即通过突破界面强结合智能温控成膜技术、控温型自修复填料制备和结构设计、交变环境耦合涂层高发射率自适应与匹配性设计三大关键技术实现对长期暴露在极端热疲劳温变环境中的金属材料和部件的长效防护，形成具有自主知识产权的适用于严苛腐蚀环境的长寿命耐高温高发射率涂层体系2、项目的特色与创新之处本项目针对无人机表层图层长寿命，耐高温，耐高频率性能进行系统性优化，深入对腐蚀和氧化理论和高红外发射率涂层技术的了解，形成严苛腐蚀环境的长寿命耐高温高发射率涂层体系。本项目的创新之处主要有以下四点项目基本情况(1)采用制备工艺简单、成本低廉、适合大面积复杂构件的施工、固化条件温和，具有独特的柔韧性、耐冲击、易修补等特征的室温喷涂有机硅高发射率涂层方法(2)通过杂化树脂和高温阶段添加不同软化点的搪瓷颗粒发挥耐温高发射率涂料的常温固化(一次成膜)与高温二次成膜协同作用，并通过有机硅涂料中颜填料成分优化，互锁结构设计技术，最终实现了涂层高温服役，满足抗氧化、耐腐蚀以及界面强结合抗剥落项目基本情况(3)通过合理调控涂料中成分组成使其与有机硅反映或具有一定的流动性，并通过某些氧化物在涂料中形成"迷宫效应"实现图层的自修复和耐腐蚀性能。同时通过氧化产物或析出物和高发射率屏蔽颗粒的共同作用吸收红外辐射降低基体温度，赋予高发温控性能(4)通过使原位形成发射率更高的氧化产物，并选用不同粒径尺寸，三维结构互锁，使涂层从结构上实现基底界面至涂层表面梯度分布，并利用活性元素进行改进，提升了图层在变换环境下的高发射率性能项目基本情况以上四点为实现无人机表面涂层长寿命，耐腐蚀，高发射率，适应变换化境以及实现自修复提供直接的数据支撑和理论指导三、立项背景"空天一体"和"攻防兼备"的国家发展战略对飞行器体系的完善和发展指明了方向。随着新型号陆基和海基飞行器服役以来，暴露出我国航空航天装备在耐高低温防护涂层技术方面存在短板，无法满足高航速和复杂环境引起机体材料高温氧化和常温腐蚀的耦合问题，制约了我军飞行器等装备服役水平。我国高温防护涂层技术与欧、美、俄等国家水平存在较大差距，技术指标普遍偏低因此，耐高温型高发射率控温涂层技术得到发展，而改性有机硅高发射率涂层不仅具有普通陶瓷涂层耐高温、耐腐蚀、抗氧化、化学稳定性好等优点，而且具有优异的辐射散热能力，在工业窑炉节能、提高红外加热器热效率、航天热控制等方面应用广泛。对此技术的研究，具有重大的强国背景与科研价值项目基本情况目前，国内已开发的涂层材料具备一定耐高温性能和辐射降温效果，但高温重复使用导致发射率降低、涂层开裂脱落等，不能满足新型号装备和先进技术的匹配性要求。现有耐高温高发射率控温涂层产品存在的问题主要有以下几个方面(1)成型工艺复杂，设备依赖性强现有的无机陶瓷高发射率涂层，大多需要严苛的成型工艺，设备依赖性强，且难以进行外场修补，不满足型号的使用需求同时，热喷涂的工艺不能满足型号大面积使用的要求飞行器的高低温循环部位需要常温涂装并固化的涂料，然而常温固化的涂料大多为有机高分子材料体系，其键能较低因此有机高分子材料基涂料无法在700ºC的温度下稳定存在项目基本情况磷酸盐和硅酸盐等种类的无机涂料由于键能高，可以在项目指标要求的700ºC环境中稳定存在，但是无机涂料通常需要在高于100ºC的条件下固化(2)耐热性能较差，高温可重复使用寿命短常规有机硅高发射率涂层耐高温性能较差，很难满足700℃下的使用需求，且不具备高温可重复使用性能，具体的失效微观形貌如下图1所示无机陶瓷高发射率涂层冷喷涂涂覆在高温金属表面，与基材附着力差同时由于涂层和基材热膨胀系统差异较大，高温重复使用过程中易出现开裂、剥落现象，高温重复使用寿命短涂层材料持续稳定的高发射率是其辐射散热的基础，涂层中高发射率的组份在高温以及高低温循环过程中容易发生化学或物理变化，结构变化后其发射率降低，无法保证涂层高发射率的设计要求项目基本情况图1.传统有机硅涂层热震表面失效过程(a)裂纹产生包围区域；(b)翘曲；(c)剥离；(d)外层涂层脱落；(e)涂层逐层脱落；(f)涂层整体脱落(3)涂层耐服役环境性能缺少系统研究和评价项目基本情况传统的高发射率涂层，在产品设计时基本不考虑长时间服役，地面停放湿热等环境、地面起飞砂尘冲击等引起的涂层性能衰减、破损等问题飞行器飞行时依赖涂层的高发射率对其进行温度控制，阻止高温氧化等高温腐蚀现象的发生飞行器停飞时，依赖涂层对大气环境中的盐雾、湿热、紫外线等侵蚀性介质的屏蔽作用，阻止金属基材发生电化学腐蚀常温电化学腐蚀是水膜下的电子转移引起的"湿腐蚀"，高温氧化则是无水条件下直接氧化的"干腐蚀"项目基本情况针对以上问题，必须研制施工工艺简单、耐高温性能优异、可重复使用寿命长、耐无人机服役环境的高发射率控温涂层材料，才能满足新型号的使用要求1、研究内容及技术路线本项目以"空天一体"和"攻防兼备"的国家发展战略为需求导向，针对新型涂层成膜机理与耐温高发射率功能设计，宽温域抗剥落损伤机制与耐蚀构建，高发射率填料表面结构可控设计及分散规律研究，涂层长寿命环境适应性评价与性能优化，长寿高发控温涂层工程化应用研究等关键科学问题，从填料、成膜物、结合力三方面着手展开研究。具体研究内容分为以下四点1.界面强结合智能温控成膜技术项目基本情况本项目设计的关键点在于控制有机组分、无机组分、化学键这三因素在有机硅树脂间的平衡关系通过预测计算-材料合成-结构表征-性能反馈，深入探究杂化树脂结构和性能与稳定性的构效关系通过有机硅树脂体系的研究和微纳米颗粒表面改性技术，使填料与树脂之间实现有机无机杂化结合(如图4)项目基本情况高温阶段通过添加不同软化点的搪瓷颗粒的软化成膜，填充有机物挥发留下的孔隙，实现涂料高温二次成膜通过常温固化(一次成膜)与高温二次成膜的协同作用，实现涂层高温服役，满足抗氧化、耐腐蚀此外，温度的变化会导致涂层很容易发生剥落，因此作为成膜物的树脂必须有着较强的附着力，针对不同金属基底材料结构和表面特性，采用化学处理及机械力协同作用，搭建耐高温高发射率涂层树脂-填料-金属体系适度的化学键合界面(如图5)；此外，基于高温搪瓷相的软化流动，与有机硅骨架形成互锁结构，提高涂层对裂纹扩展的阻力，进而提高涂层高温抗剥落能力，增加涂层间两重界面的结合力项目基本情况2.控温型自修复填料制备和结构设计本项目设计的涂层具备抗剥落性，其关键点在于合理调控填料中纳米金属粉、防腐蚀搪瓷粉等成分含量，使其在高温下可以与有机硅反应或具有一定的流动性，从而