TiO2热控涂层激光辐照特性研究

目的 探究激光辐照前后TiO2热控涂层的结构和性能变化。方法 采用空气喷涂方法分别制备单层TiO2热控涂层（简称单层TiO2涂层）和双层TiO2-ZrO2热控涂层（简称双层TiO2-ZrO2涂层），分析激光辐照后两种涂层的表面形貌、晶体结构变化，在线测量激光辐照过程中两种涂层样品的背底中心温度和散射光强度变化，比较激光辐照前后两种涂层的光热性能变化等。结果 激光辐照后，涂层表面形貌发生变化，不同辐照区域出现了柱状树枝晶、平面晶等形貌，其中双层TiO2-ZrO2涂层中心区域颜色加深变黑。双层TiO2-ZrO2涂层的(110)和(220)面XRD峰值明显增强，出现取向生长现象。单层TiO2涂层的激光损伤阈值为500 W/cm2、7.2 s；双层TiO2-ZrO2涂层的激光损伤阈值为500 W/cm2、2.5 s。激光辐照后，两种涂层在1064 nm激光波段的反射率分别由辐照前的97.7%和97.3%下降到60.1%和51.0%，太阳吸收比αs明显增大，发射率εh降低。结论 表面形貌发生变化与裂纹、晶体形貌及热缺陷吸收等有关，Ti3+缺陷和氧空位缺陷浓度增大可能是导致双层TiO2-ZrO2涂层中心区域颜色加深变黑的主要原因。单层TiO2涂层的激光损伤阈值更高，与双层涂层相比，吸收的激光能量得到更有效的疏导，但双层TiO2-ZrO2涂层抗热震性能更好。激光辐照后，两种涂层的光热性能显著下降。热控涂层的抗激光损伤性能与涂层结构设计、激光辐照下涂层的宏微观结构及光热稳定性等密切相关。

Laser Irradiation Characteristics of TiO2 Thermal Control Coatings