一种AZO改性的二氧化锆防静电颜料和低太阳吸收率防静电热控涂层及其制备方法
本发明属于热控材料制备，具体地说，涉及一种azo改性的二氧化锆防静电颜料的制备方法，及一种低太阳吸收率防静电热控涂层及其制备方法。
背景技术：
1、热控涂层是航天器热控系统的重要组成部分，它是利用涂层表面热辐射特性改变航天器的表面热物理性质，以便在辐射热交换中有效地控制航天器的温度，使之在内外热交换过程中，内部仪器、设备的工作时温度不超过或低于允许范围，以保证人造天体内部的正常工作环境。其原理是调节物体表面的太阳吸收率αs和红外发射率εh来控制物体的热平衡。
2、地球同步轨道(geo)环境中存在的地磁亚暴环境有严重的充放电效应，极地轨道的沉降电子会造成电荷在卫星表面热控涂层上积累，当超过击穿阈值时，卫星表面将发生放电，这将对卫星带来极大的破坏作用。由于卫星外表面大部分热控涂层所覆盖，所以可以通过提高热控涂层的导电性能来达到防静电的目的，如在二次表面镜反射热控涂层外表面镀一层氧化铟锡透明导电薄膜、在涂料型热控涂层中添加防静电颜料等。但目前国内外针对涂料型防静电热控涂层的太阳吸收率较大，故亟需提高涂料型防静电热控涂层的光学性能。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种azo改性的二氧化锆防静电颜料的制备方法以及一种低太阳吸收率防静电热控及其制备方法，涂层结构如图1所示。本发明热控涂层主要用于空间卫星等航天器外表面，具有低太阳吸收率、高发射率、高稳定性、易于制备等优异特性。
2、本发明利用原子层沉积技术改性二氧化锆，赋予其具有防静电功能，配以树脂，通过喷涂等工艺制备低太阳吸收率防静电热控涂层，制备方法简单易行，易于大规模制备，且获得的防静电涂层产品质量可控。
3、为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：
4、本发明提供了一种azo改性的二氧化锆防静电颜料的制备方法，将二氧化锆粉体置于ald反应舱内，再按下述步骤进行处理：
5、步骤一、在氮气环境下，与锌源反应，反应完成后清洗反应环境；
6、步骤二、与步骤1相同的条件下与氧源反应，反应完成后清洗反应环境；
7、步骤三、依次重复步骤一和二；
8、步骤四、与步骤1相同的条件下，与铝源反应，反应完成后清洗反应环境；
9、步骤五、重复步骤二；
10、步骤六、依次重复步骤一和五至少1次；即完成。
11、进一步地限定，完成一次步骤一和二的操作为一次子循环，完成一次步骤一至五的操作为一次母循环；根据锌铝比，设定子循环次数；根据防静电需求确定不同的母循环。
12、进一步地限定，锌铝比为(8～50):1；二氧化锆粉体的粒径为50nm-1μm。
13、进一步地限定，沉积参数如下：锌源为二乙基锌或者二甲基锌，氧源为超纯水，铝源为三甲基铝；沉积温度为100℃-150℃；舱内压力为20pa-100 pa，锌源脉冲时间为10s-60s，氧源脉冲时间为10s-60s，铝源脉冲时间为10s-60s；采用下述操作清洗反应环境：每次锌/铝源脉冲之后都紧接着用高纯氮气清洗20s-60s，氧源脉冲为10s-60s，紧接着用高纯氮气清洗20s-60s，冲掉反应副产物和残留的反应源。
14、本发明涂层采用双层涂层结构，底层是二氧化锆基高反射层，面层是ald改性二氧化锆基防静电涂层，双层涂层结构使得复合涂层具有极低的太阳吸收率，且具有防静电功能，从而提高了涂层的耐电子辐照能力。
15、本发明还提供了一种低太阳吸收率防静电热控涂层的制备方法，包括以下步骤：
16、步骤1、称取粘结剂和溶剂，待粘结剂完全溶解后，加入助剂和二氧化锆粉体，1000rpm-2000rpm转速分散1h-3h后，过滤并涂装在预先处理的基底上，25℃-125℃下固化2h-24h，基底表面上得到高反射层；
17、步骤2、称取粘结剂和溶剂，待粘结剂完全溶解后，加入助剂和上述任意方法制备的azo改性二氧化锆防静电颜料，1000rpm-2000rpm转速分散1h-3h后，过滤并涂装在步骤1中制备的高反射层上，25℃-125℃固化2h-24h，高反射层表面上得到防静电涂层；即完成。
18、进一步地限定，步骤1中，粘结剂与二氧化锆粉的质量比为(2～6):1，高反射层的厚度为100μm-150μm。
19、进一步地限定，步骤1中，二氧化锆粉的粒径为50nm-1μm；
20、进一步地限定，步骤2中，放静电涂层厚度为30μm-50μm；
21、进一步地限定，步骤1和2中，粘结剂为涂层的粘结剂；可以是硅溶胶、硅酸钾、硅酸锂等无机树脂，也可以是丙烯酸酯、异氰酸酯、有机硅树脂、环氧树脂等低可凝挥发物树脂；
22、进一步地限定，步骤1和2中，溶剂为无水乙醇、丙酮或水；
23、进一步地限定，步骤1和2中，助剂为有机硅氧烷。
24、本发明还提供了上述任意方法制备的低太阳吸收率防静电热控涂层。
25、本发明的热控涂层外观外白色，涂层厚度为100-200μm、太阳吸收率为0.06-0.15，半球发射率为0.88-0.92、吸辐比为0.11-0.15、总质损tml<1％，可凝挥发物cvcm<0.1％，体积电阻率≤1.0×107ω·m，涂层经过-196℃～125℃300次热循环试验后，无开裂、剥落、起泡等现象，光学性能稳定、附着力良好，基本满足航天器对防静电性热控涂层的需求，提高了航天器用涂料型热控涂层空间环境稳定性。
26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27、本发明制备的双层结构低太阳吸收率防静电热控涂层具有优异的初始热控性能，吸辐比小于0.15，实现行业领域内领先水平；
28、本发明制备的双层结构防静电热控涂层制备工艺简单、可以大规模制备、且制备的二氧化锆基防静电热控涂层抗电子辐照性能大大提升，可以保障航天器运行的可靠性，满足航天器对涂料型热控涂层空间环境稳定性的需求。
29、为了能够更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本发明加以限制。
技术特征：
1.一种azo改性的二氧化锆防静电颜料的制备方法，其特征在于，将二氧化锆粉体置于ald反应舱内，再按下述步骤进行处理：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，完成一次步骤一和二的操作为一次子循环，完成一次步骤一至五的操作为一次母循环；根据锌铝比，设定子循环次数；根据防静电需求确定不同的母循环。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，锌铝比为(8～50):1；二氧化锆粉体的粒径为50nm-1μm。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，沉积参数如下：锌源为二乙基锌或者二甲基锌，氧源为超纯水，铝源为三甲基铝；沉积温度为100℃-150℃；舱内压力为20pa-100pa，锌源脉冲时间为10s-60s，氧源脉冲时间为10s-60s，铝源脉冲时间为10s-60s；采用下述操作清洗反应环境：每次锌/铝源脉冲之后都紧接着用高纯氮气清洗20s-60s，氧源脉冲为10s-60s，紧接着用高纯氮气清洗20-60s，冲掉反应副产物和残留的反应源。
5.一种低太阳吸收率防静电热控涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤1中，粘结剂与二氧化锆粉的质量比为(2～6):1，高反射层的厚度为100μm-150μm。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤1中，二氧化锆粉的粒径为50nm-1μm。
8.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤2中，放静电涂层厚度为30μm-50μm 。
9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤1和2中，粘结剂为硅溶胶、硅酸钾、硅酸锂、丙烯酸酯、异氰酸酯、有机硅树脂或环氧树脂；溶剂为无水乙醇、丙酮或水；助剂为有机硅氧烷。
10.一种权利要求5-9任意一项所述方法制备的低太阳吸收率防静电热控涂层。
技术总结
本发明公开了一种AZO改性的二氧化锆防静电颜料和低太阳吸收率防静电热控涂层及其制备方法；属于热控材料制备技术领域。本发明解决了现有航天器用涂料型热控涂层空间环境带电粒子辐照稳定性等问题。本发明的涂层由双层结构组成；底漆为高反射型二氧化锆基热控涂层，面漆为防静电AZO改性二氧化锆基热控涂层。本发明的热控涂层外观为白色，涂层厚度为100‑200μm、太阳吸收率为0.06‑0.15，半球发射率为0.88‑0.92、总质损TML<1％，可凝挥发物CVCM<0.1％，体积电阻率≤1.0×10<supgt;7</supgt;Ω·m，涂层经过‑196℃～125℃300次热循环试验后，无开裂、剥落、起泡等现象，光学性能稳定、附着力良好，基本满足航天器对防静电性热控涂层的需求。
技术研发人员：秦伟,刘恒豪,吴晓宏,卢松涛,李杨,康红军,洪杨
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23