CN115849956A - 一种具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料及制备方法，在疏水修饰后的复合石英陶瓷材料上设有疏水防潮涂层或超疏水防潮涂层，或疏水防潮涂层和超疏水防潮涂层；所述疏水防潮涂层为氟化中空二氧化硅填料CF3‑HSNs与甲基有机硅树脂RU涂层；所述超疏水防潮涂层为甲基有机硅树脂预聚体SI与氟化中空二氧化硅CF3‑HSNs涂层。本发明将复合石英陶瓷的疏水性修饰、防水防潮涂层与超疏水涂层结合，提高了SiO2f/SiO2的防水防潮性能，并保证了其优异的介电性能，采用三氟丙基三甲氧基硅烷修饰的中空二氧化硅，实现了涂层的超疏水性。疏水防潮涂层有效解决了复合石英陶瓷材料在极端天气下优异的介电性能受影响的问题，且制备过程简单，为工艺操作及生产规模化带来方便。
Description
技术领域
本发明属于航天飞行器材料技术领域，涉及一种具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料及制备方法。
背景技术
透波材料是保证航天飞行器在恶劣环境条件下通讯、遥测、制导、引爆等系统能正常工作的一种多功能介质材料,已成为高超声速飞行器天线罩、天线窗等部件的关键材料，在运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等航天飞行器无线电系统中得到广泛的应用。
复合石英陶瓷材料是无机透波材料的一种。目前研究的防水涂层主要分为无机物涂层和有机聚合物涂层。无机物涂层主要分为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)和微晶玻璃三大类。SiO2涂层表面残留较多的亲水的羟基，且涂层制备过程中易脱落， Si3N4涂层的介电常数较高，不利于透波性能，SiO2、Si3N4和微晶玻璃涂层制备过程中，都需要高温处理，高温会造成复合石英陶瓷内部物态变化，对力学性能产生不利影响。
有机聚合物涂层有氟树脂、有机硅树脂和杂环聚合物涂料等，氟树脂涂料硬度低、耐磨性不强、附着力低、成本高，杂环聚合物涂料固化后涂层韧性差，且涂层的热膨胀系数与基材相差大，易产生微裂纹。有机硅树脂涂料由于分子中甲基的排列使其具有憎水性，Si-O-Si骨架结构使其具有优异的热氧化稳定性，同时硅树脂具有优异的电绝缘性能，它在宽的温度和频率范围内均能保持良好的电绝缘性能，还具有突出的耐候性。
针对复合石英陶瓷高吸水吸潮的问题，本项目通过在复合石英陶瓷表面引入疏水结构，并在表面涂覆有机-无机复合纳米有机硅疏水防潮涂层，赋予复合石英陶瓷优异的防潮性能，保持其良好的介电性能，优异的耐温、力学以及耐老化性能。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料及制备方法，采用该方法制备的疏水防潮涂层的防水防潮性能更佳，能够以较少成本达到超疏水效果，保证了应用于雷达天线罩的复合石英陶瓷材料的优异介电性能与疏水防潮性能。该发明实现了复合石英陶瓷材料表面疏水性修饰、防水防潮涂层与超疏水涂层的结合体，为提高雷达天线罩的防水防潮性能提供了新的研究思路和途径。
技术方案
一种具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料，其特征在于：在疏水修饰后的复合石英陶瓷材料上设有疏水防潮涂层或超疏水防潮涂层，或疏水防潮涂层和超疏水防潮涂层；所述疏水防潮涂层为质量比为1﹕30～90氟化中空二氧化硅填料CF3-HSNs与甲基有机硅树脂RU涂层；所述超疏水防潮涂层为质量比例为100﹕5～20的甲基有机硅树脂预聚体SI与氟化中空二氧化硅CF3-HSNs涂层。
所述疏水修饰后的复合石英陶瓷材料是采用含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷TMCS对复合石英陶瓷材料修饰后得到CH3-SiO2f/SiO2。
所述疏水防潮涂层或超疏水防潮涂层为多层。
一种所述具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述超疏水防潮涂层的制备步骤如下：
步骤1、SiO2f/SiO2的疏水修饰：采用含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷TMCS 对复合石英陶瓷材料修饰后得到CH3-SiO2f/SiO2；
步骤2、制备超疏水防潮涂层：按比例将甲基有机硅树脂预聚体SI与氟化中空二氧化硅CF3-HSNs混合，搅拌超声后得到超疏水防潮涂层；
步骤3：将超疏水防潮涂层刷涂在CH3-SiO2f/SiO2表面，60-200℃固化。
一种所述具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述疏水防潮涂层的制备步骤如下：
步骤1、SiO2f/SiO2的疏水修饰：采用含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷TMCS 对复合石英陶瓷材料修饰后得到CH3-SiO2f/SiO2；
步骤2、制备疏水防潮涂层：将氟化中空二氧化硅CF3-HSNs加入甲苯溶剂中，搅拌超声分散，按比例加入甲基有机硅树脂，搅拌超声分散，再搅拌得到疏水防潮涂层；
步骤3：将CH3-SiO2f/SiO2浸入疏水防潮涂层中，室温浸渍1-3h，然后吊起滴尽多余涂料，室温挥发8-24h后将试样在60-200℃烘箱中固化得疏水防潮涂层。
所述疏水防潮涂层外层采用涂刷得到超疏水防潮涂层。
所述超疏水防潮涂层上采用浸涂方法，得到疏水防潮涂层。
所述SiO2f/SiO2的疏水修饰：将含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷TMCS加入 80-120g甲苯中，超声分散15min后得到疏水修饰液。将SiO2f/SiO2浸入修饰溶液中，采用4-36h室温浸渍处理，取出后干燥24-48h，得到疏水修饰后的CH3-SiO2f/SiO2。
所述甲基有机硅树脂的制备：将RU与甲苯按5:95～30:70比例混合，搅拌超声分散后，再搅拌得到稀释后有机硅树脂Run，其中n为树脂的质量百分含量。
所述氟化中空二氧化硅的制备：1、采用软模板法制备HSNs；2、将HSNs与无水乙醇混合，再加入TFTES，磁力搅拌，60-80℃冷凝回流4-5h，然后抽滤，无水乙醇洗三次，去离子水洗三次，烘干得到氟化中空二氧化硅，标记为CF3-HSNs。
有益效果
本发明提出的一种具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料及制备方法，SiO2f/SiO2的疏水修饰；制备甲基有机硅树脂(RU)；制备氟化中空二氧化硅填料(CF3-HSNs) 与甲基有机硅树脂(RU)疏水防潮涂层；制备氟化中空二氧化硅(CF3-HSNs)/甲基有机硅树脂预聚体(SI)超疏水防潮涂层。一方面，本发明将复合石英陶瓷(SiO2f/SiO2) 的疏水性修饰、防水防潮涂层与超疏水涂层结合，提高了SiO2f/SiO2的防水防潮性能，并保证了其优异的介电性能，为提高SiO2f/SiO2雷达天线罩的防水防潮性能提供了新的研究思路和途径。另一方面，本发明采用三氟丙基三甲氧基硅烷修饰的中空二氧化硅(CF3-HSNs)，并结合超疏水涂层在防水领域的应用，制备了具有低表面能及高粗糙度的表面，实现了涂层的超疏水性。本发明还通过向涂料中引入片层和纳米球粒填料，延长了气体的渗透通道，增加涂层的致密性，提高了SiO2f/SiO2涂层的防潮性能。这种疏水防潮涂层有效解决了复合石英陶瓷材料在极端天气下优异的介电性能受影响的问题，且制备过程简单，适用范围广，可以为后期的工艺操作及生产规模化带来方便。
采用中空纳米二氧化硅粒子(HSNs)能够通过增加涂层的孔隙率来改善其介电性能，且其疏水防潮性能优于有机硅树脂。
利用甲基硅氧烷制备高甲基含量的有机硅树脂预聚体(SI)，向SI中引入氟化中空二氧化硅(CF3-HSNs)，采用刷涂方法在SiO2f/SiO2表面制备疏水涂层。疏水修饰、疏水防潮涂层和超疏水防潮涂层相结合使SiO2f/SiO2具有优异的疏水、防水和防潮性能。
与现有方法相比，本方法的有益效果在于：
将复合石英陶瓷材料的疏水性修饰、疏水防潮涂层与超疏水防潮涂层结合，提高其防水防潮性能，并保证了其优异的介电性能；采用三氟丙基三甲氧基硅烷修饰的氟化中空二氧化硅(CF3-HSNs)，并结合超疏水防潮涂层在防水领域的应用，制备了具有低表面能及高粗糙度的表面，实现了涂层的超疏水性，并保证了SiO2f/SiO2优异的介电性能；CF3-HSNs可以提高涂层的疏水性能。CF3-HSNs可以通过增加涂层表面的粗糙度来降低SiO2f/SiO2的WCA。疏水修饰、疏水防潮涂层和超疏水防潮涂层相结合使SiO2f/SiO2具有优异的疏水、防水和防潮性能。
本发明的制备方法有效解决了复合石英陶瓷材料在极端天气下优异的介电性能受影响的问题，增加了疏水防潮涂层的可操作性，且制备过程简单，适用范围广，具备广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明方法制备具有疏水防潮涂层复合石英陶瓷材料的流程图；
图2为本发明实施例1疏水修饰后的复合石英陶瓷材料滴水后表面对比图；
图3为本发明实施例3得到的疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料；
图4为本发明实施例4得到的超疏水防潮涂层滴水后表面图；
图5为本发明实施例1的CH3-SiO2f/SiO2和CF3-SiO2f/SiO2的WCA(a)、吸水率 (b)及吸潮率(c)
图6为本发明实施例2的CF3-HSNs/RU/CH3-SiO2f/SiO2的WCA(a)、吸水率(b) 及吸潮率(c) 、d指损耗角正切tanδ
图7为实施例4超疏水防潮涂层的SiO2f/SiO2的WCA(a)、吸水率(b)及吸潮率(c)
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
涂层的制备具体包括以下几个步骤：
步骤1：SiO2f/SiO2的疏水修饰；
步骤2：制备甲基有机硅树脂涂料；
步骤3：制备氟化中空二氧化硅(CF3-HSNs)与甲基有机硅树脂(RU)的疏水防潮涂层；
步骤4：制备氟化中空二氧化硅(CF3-HSNs)与甲基有机硅树脂预聚体(SI)超疏水防潮涂层。
优选的，所述的SiO2f/SiO2的疏水修饰的具体步骤如下：
将含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷(TMCS)加入80-120g甲苯中，超声分散15min后得到疏水修饰液。将试样浸入修饰溶液中，采用4-36h室温浸渍处理，取出试样干燥24-48h，得到疏水修饰后的CH3-SiO2f/SiO2。
优选的，所述的制备甲基有机硅树脂涂料的具体步骤如下：
将RU与甲苯按5:95～30:70比例混合，搅拌10-30min，超声分散5-30min，再搅拌10-20min，得到稀释后甲基有机硅树脂涂料RUn(其中n为树脂的质量百分含量)。密闭保存。
优选的，所述的制备氟化中空二氧化硅填料(CF3-HSNs)与甲基有机硅树脂(RU)涂料的疏水防潮涂层的具体步骤如下：
氟化中空二氧化硅的制备(CF3-HSNs)——采用软模板法制备HSNs。将1-5g HSNs加入圆底烧瓶，同时加入150ml无水乙醇，再加入0.1-2g TFTES，磁力搅拌，60-80℃冷凝回流4-5h，然后抽滤，无水乙醇洗三次，去离子水洗三次，烘干得到氟化中空二氧化硅(标记为CF3-HSNs)。
疏水防潮涂层的制备——将填料按0.1-3phr的量加入甲苯溶剂中，搅拌10min，超声分散5-15min，再加入70-90phr的甲基有机硅树脂，搅拌20min，超声分散 10-50min，再搅拌10min，得到疏水防潮涂层，密闭保存。
硅树脂涂层的制备——采用浸涂方法。将SiO2f/SiO2试样浸入疏水防潮涂层中，室温浸渍1-3h，然后吊起试样滴尽多余涂料，室温挥发8-24h后将试样在60-200℃烘箱中固化得疏水防潮涂层。
优选的，所述的制备氟化中空二氧化硅(CF3-HSNs)与甲基有机硅树脂预聚体(SI)超疏水涂层的具体步骤如下：
甲基有机硅树脂预聚体(SI)的制备——将TEOS、MTES和DEDMS按一定比例加入圆底烧瓶中，原料配比摩尔比为1：1：1～2，再加入1-3ml的0.1mol/L的盐酸，60-80℃冷凝回流2-8h，反应结束后，60-80℃加热下加入1-5ml的0.1mol/L的氨水中和酸。
超疏水防潮涂层的制备——将80-100g SI与3-20g CF3-HSNs混合，搅拌10min，超声5-15min，将超疏水防潮涂层刷涂在试样表面，按0.2-2KG/m2的用量刷涂，60-200℃固化。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
一种具备疏水修饰的复合石英陶瓷材料制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：制备SiO2f/SiO2样品
将SiO2f/SiO2裁成300mm×150mm×70mm的小块，利用去离子水、乙醇及丙酮对其进行清洗以除去试样上的粉尘及油污，将处理后的试样烘干备用；
步骤2：SiO2f/SiO2的疏水修饰
以含有低表面张力-CH3或-CF3基团的甲基硅氧烷(TMCS)或氟硅氧烷(TFTES) 为疏水修饰剂。将一定量疏水修饰剂加入100g甲苯中，超声分散15min，得到疏水修饰液，将试样浸入修饰溶液中，在30h室温处理，取出试样干燥48h，得到疏水修饰后的SiO2f/SiO2。
实施例2
一种具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，制备甲基有机硅树脂涂料
甲基有机硅树脂(RU)分别与甲苯按30:70混合，搅拌30min，超声分散10min，再搅拌10min，得到稀释后甲基有机硅树脂涂料RUn(其中n为树脂的质量百分含量)。密闭保存。
步骤2，HSNs的制备及其氟化修饰
采用软模板法制备HSNs。将2g HSNs加入圆底烧瓶，同时加入150ml无水乙醇，再加入0.2g TFTES，磁力搅拌，80℃冷凝回流4h，然后抽滤，无水乙醇洗三次，去离子水洗三次，烘干得到氟化中空二氧化硅(标记为CF3-HSNs)。
步骤3，疏水防潮涂层的制备
将1phr的量填料加入甲苯溶剂中，搅拌10min，超声分散15min，再加入一定量的甲基有机硅树脂，搅拌20min，超声分散30min，再搅拌10min，得到疏水防潮涂层，密闭保存。将普通石英陶瓷试样浸入疏水防潮涂层中，室温浸渍2h，然后吊起试样滴尽多余涂料，室温挥发12h后将试样在80℃烘箱中固化得疏水防潮涂层。
实施例3
制备方法同实施例2完全相同，不同之处在采用多层疏水防潮涂层的制备(最佳层数为3层)，最终形成防水防潮涂层的复合石英陶瓷材料。
实施例4
一种具备超疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，有机硅树脂预聚体的制备
将TEOS、MTES和DEDMS按1：1：1加入圆底烧瓶中，再加入3ml 0.1mol/L 的盐酸，80℃冷凝回流3h，反应结束后，80℃加热下加入4ml 0.1mol/L的氨水中和酸，得到SI。
步骤2，超疏水防潮涂层的制备
将100g SI与20g CF3-HSNs按一定比例混合，搅拌10min，超声15min，得到超疏水防潮涂层，将超疏水有机硅涂料刷涂在试样表面，按0.2KG/m2的用量刷涂，80℃固化。
对实施例1采用不同工艺修饰后的SiO2f/SiO2对进行WCA、吸水率、吸潮率测试，其结果如图5所示。
在图5(a)的WCA图中，CH3-SiO2f/SiO2和CF3-SiO2f/SiO2的WCA随反应温度和时间的增加先增大后不变，但变化程度不显著。CH3-SiO2f/SiO2和CF3-SiO2f/SiO2的 WCA分别为125°和137°。TMCS和TFTES反应活性高，其水解产物在室温下便可接枝到SiO2f/SiO2表面。由于-CF3的表面张力相比-CH3更小，CF3-SiO2f/SiO2的表面能比 CH3-SiO2f/SiO2更低，因此其WCA较高。在图5(b)和(c)中的吸水率图中， CH3-SiO2f/SiO2和CF3-SiO2f/SiO2的吸水率和吸潮率随反应温度和时间的增加而降低， CF3-SiO2f/SiO2的吸水率变化更显著。经24h室温或加热处理的CH3-SiO2f/SiO2的吸水率分别为1.42％和0.88％，吸潮率分别为0.35％和0.13％；经24h室温或加热处理的 CF3-SiO2f/SiO2的吸水率分别为6.87％和1.23％、吸潮率分别为0.4％和0.36％。24h加热处理后CH3-SiO2f/SiO2的防水防潮性能略优于CF3-SiO2f/SiO2，而24h室温处理 CH3-SiO2f/SiO2的防水防潮性能明显优于CF3-SiO2f/SiO2。与TFTES相比，TMCS的水解副产物酸会促进其水解产物与SiO2f/SiO2中Si-OH反应，同时修饰剂用量相同时， TMCS中-CH3的数量相对于TFTES中-CF3数量更多，液态水受到的SiO2f/SiO2毛细吸收作用弱，气态水受到的SiO2f/SiO2物理和化学吸附作用减弱，因此CH3-SiO2f/SiO2的防水效果更优异。
实施例2制备的疏水防潮涂层，对进行WCA、吸水率、吸潮率测试，其结果如图2所示。随涂层层数增加，疏水防潮涂层的厚度和质量百分含量的提高，但变化趋势逐渐减小。第三层涂层厚度增加量为7μm，质量增加量为0.16％。随涂层层数增加单层涂层质量百分含量大幅降低，第三层涂层质量增加量很少，三层涂层为较优层数。
实施例4超疏水防潮涂层的SiO2f/SiO2的WCA、吸水率及吸潮率如下图3可见。仅使用CF3-HSNs15/SI涂层显著提高SiO2f/SiO2的疏水性能，但对防水防潮性能无显著影响，疏水修饰改性、防水防潮涂层与超疏水防潮涂层相结合使SiO2f/SiO2具有优异的疏水、防水和防潮性能。
需要说明的是，本发明描述了优选的实施例，但本领域内的方法人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的方法人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同方法的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料，其特征在于：在疏水修饰后的复合石英陶瓷材料上设有疏水防潮涂层或超疏水防潮涂层，或疏水防潮涂层和超疏水防潮涂层；所述疏水防潮涂层为质量比为1﹕30～90氟化中空二氧化硅填料CF3-HSNs与甲基有机硅树脂RU涂层；所述超疏水防潮涂层为质量比例为100﹕5～20的甲基有机硅树脂预聚体SI与氟化中空二氧化硅CF3-HSNs涂层。
2.根据权利要求1所述具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料，其特征在于：所述疏水修饰后的复合石英陶瓷材料是采用含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷TMCS对复合石英陶瓷材料修饰后得到CH3-SiO2f/SiO2。
3.根据权利要求1所述具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料，其特征在于：所述疏水防潮涂层或超疏水防潮涂层为多层。
4.一种权利要求1～3任一项所述具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述超疏水防潮涂层的制备步骤如下：
步骤1、SiO2f/SiO2的疏水修饰：采用含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷TMCS对复合石英陶瓷材料修饰后得到CH3-SiO2f/SiO2；
步骤2、制备超疏水防潮涂层：按比例将甲基有机硅树脂预聚体SI与氟化中空二氧化硅CF3-HSNs混合，搅拌超声后得到超疏水防潮涂层；
步骤3：将超疏水防潮涂层刷涂在CH3-SiO2f/SiO2表面，60-200℃固化。
5.一种权利要求1～3任一项所述具备疏水防潮涂层的复合石英陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述疏水防潮涂层的制备步骤如下：
步骤1、SiO2f/SiO2的疏水修饰：采用含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷TMCS对复合石英陶瓷材料修饰后得到CH3-SiO2f/SiO2；
步骤2、制备疏水防潮涂层：将氟化中空二氧化硅CF3-HSNs加入甲苯溶剂中，搅拌超声分散，按比例加入甲基有机硅树脂，搅拌超声分散，再搅拌得到疏水防潮涂层；
步骤3：将CH3-SiO2f/SiO2浸入疏水防潮涂层中，室温浸渍1-3h，然后吊起滴尽多余涂料，室温挥发8-24h后将试样在60-200℃烘箱中固化得疏水防潮涂层。
6.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述疏水防潮涂层外层采用涂刷得到超疏水防潮涂层。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述超疏水防潮涂层上采用浸涂方法，得到疏水防潮涂层。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述SiO2f/SiO2的疏水修饰：将含-CH3的疏水修饰剂三甲基氯硅烷TMCS加入80-120g甲苯中，超声分散15min后得到疏水修饰液。将SiO2f/SiO2浸入修饰溶液中，采用4-36h室温浸渍处理，取出后干燥24-48h，得到疏水修饰后的CH3-SiO2f/SiO2。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述甲基有机硅树脂的制备：将RU与甲苯按5:95～30:70比例混合，搅拌超声分散后，再搅拌得到稀释后有机硅树脂Run，其中n为树脂的质量百分含量。
10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述氟化中空二氧化硅的制备：1、采用软模板法制备HSNs；2、将HSNs与无水乙醇混合，再加入TFTES，磁力搅拌，60-80℃冷凝回流4-5h，然后抽滤，无水乙醇洗三次，去离子水洗三次，烘干得到氟化中空二氧化硅，标记为CF3-HSNs。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102492339A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-06-13 | 西南科技大学 | 一种天线罩材料的高透波超疏水防潮涂层的制备方法 |
| US20170073237A1 (en) * | 2014-05-30 | 2017-03-16 | Sukgyung At Co., Ltd . | Method for manufacturing hollow silica particles, hollow silica particles, and composition and thermal insulation sheet comprising same |
| CN106662672A (zh) * | 2014-06-30 | 2017-05-10 | 三星电子株式会社 | 二氧化硅膜、光学构件及偏振构件 |
| CN108285354A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-07-17 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种防潮纤维增强石英陶瓷复合材料及方法 |
| CN109825187A (zh) * | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种隔热涂料及制备方法 |
| CN110436966A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-11-12 | 江西嘉捷信达新材料科技有限公司 | 一种纳米SiO2增强的天线罩/天线窗防潮涂层的制备方法及应用 |
| CN111718206A (zh) * | 2019-03-20 | 2020-09-29 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | 一种SiO2f/SiO2陶瓷防潮密封涂层及制备方法 |
| CN112724767A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 上大新材料(泰州)研究院有限公司 | 一种增强减反增透疏水涂层及其制备方法 |
| CN113754308A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-07 | 常州大学 | 一种超双疏防污透明涂层的制备方法 |
-
2022
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102492339A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-06-13 | 西南科技大学 | 一种天线罩材料的高透波超疏水防潮涂层的制备方法 |
| US20170073237A1 (en) * | 2014-05-30 | 2017-03-16 | Sukgyung At Co., Ltd . | Method for manufacturing hollow silica particles, hollow silica particles, and composition and thermal insulation sheet comprising same |
| CN106662672A (zh) * | 2014-06-30 | 2017-05-10 | 三星电子株式会社 | 二氧化硅膜、光学构件及偏振构件 |
| CN109825187A (zh) * | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种隔热涂料及制备方法 |
| CN108285354A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-07-17 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种防潮纤维增强石英陶瓷复合材料及方法 |
| CN111718206A (zh) * | 2019-03-20 | 2020-09-29 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | 一种SiO2f/SiO2陶瓷防潮密封涂层及制备方法 |
| CN110436966A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-11-12 | 江西嘉捷信达新材料科技有限公司 | 一种纳米SiO2增强的天线罩/天线窗防潮涂层的制备方法及应用 |
| CN112724767A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 上大新材料(泰州)研究院有限公司 | 一种增强减反增透疏水涂层及其制备方法 |
| CN113754308A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-07 | 常州大学 | 一种超双疏防污透明涂层的制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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