[发明专利]一种纤维增强陶瓷基透波材料及制备方法

说明书

本发明提出一种纤维增强陶瓷基透波材料及制备方法，由若干层纤维层增强二氧化硅基体，若干层纤维层在二氧化硅基体中平行分布。本发明通过层间增强浆料的粘接，大幅提高了2D纤维增强二氧化硅基复合材料的层间强度，使得纤维增强二氧化硅基透波复合材料的预浸料手糊工艺更加实用，扩大了材料的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强陶瓷基透波材料及制备方法，属于透波复合材料制备技术领域。

背景技术

陶瓷天线罩是高马赫数寻的制导武器弹头结构的重要组成部分,是一种集透波、防热、承载功能为一体的结构功能部件，用于保护天线系统不受高速飞行造成的恶劣气动环境影响、正常进行信号传输工作。由于纤维的增强增韧作用，纤维增强陶瓷基复合材料较复相陶瓷、均质陶瓷等材料的使用可靠性显著提高，纤维增强陶瓷基透波复合材料也是当前高状态耐高温陶瓷天线罩的首选材料。现有技术中纤维增强陶瓷基透波复合材料中的透波纤维主要有石英纤维、氧化铝纤维、氮化物纤维等，基体主要包括磷酸盐、二氧化硅、氧化铝(莫来石)及氮化物几类。磷酸盐基、氧化铝(莫来石)基复合材料可采用预浸料手糊工艺制备，二氧化硅、氮化物基复合材料通常采用溶胶-凝胶工艺及先驱体浸渍工艺制备。

近年来，天线系统对全向透波、宽频透波、选频透波、隐身等性能要求的不断提高，简单的半波壁结构天线罩已很难满足透波构件的电性能需求，构件的高性能需要通过更加复杂的电结构设计来实现。在复杂结构透波构件的制备中，灵活的预浸料手糊工艺使得树脂基透波材料构件可以方便的实现预埋功能组件、多层功能结构的集成。但在陶瓷基复合材料方面，可采用预浸料手糊工艺的磷酸盐基复合材料和氧化铝(莫来石)基复合材料工艺性较好但高低温介电性能不稳定，其介电损耗分别在500℃和650℃以上出现明显变化，限制了该材料的高温应用；而二氧化硅、氮化物基体普遍较差的粘接性决定了几乎全部的二氧化硅、氮化物基复合材料都需要选择2.5D、3D整体编织或利用纤维提高布层层间强度的缝合、针刺织物作为增强体来制备复合材料及其构件。

若采用现有溶胶-凝胶工艺制备满足预浸料手糊工艺的纤维增强二氧化硅基透波复合材料，层间强度仅依赖于二氧化硅基体不强的粘接作用，材料易发生分层失稳，产品强度难以满足天线罩的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种层间强度高、能满足预浸料手糊工艺的纤维织物增强的陶瓷基透波复合材料及制备方法。

本发明的技术解决方案：一种纤维增强陶瓷基透波复合材料制备方法，通过以下步骤实现：

第一步，原材料准备，

原材料包括层间增强浆料、二氧化硅溶胶和透波纤维织物，所述的层间增强浆料由有机溶剂、增稠剂和层间增强粉体混合而成，所述的层间增强粉体由玻璃粉和气相二氧化硅混合均匀而成，所述的气相二氧化硅添加量占层间增强粉体总质量的70％～90％，所述的透波纤维织物为2D或2.5D薄层的透波纤维织物；

所述的玻璃粉为烧结温度低于硅溶胶成型中高温热处理温度的无碱无铅玻璃粉，可市购也可自行合成。

所述的层间增强粉体由玻璃粉和气相二氧化硅均匀混合而成，所述的气相二氧化硅添加量占层间增强粉体总质量的70％～90％。

所述的2D或2.5D薄层的透波纤维织物的单层厚度不超过0.5mm。

所述的有机溶剂为松油醇、柠檬酸三丁酯中的一种或混合物。

所述的增稠剂为乙基纤维素等常用增稠剂中的一种或几种。

所述的层间增强浆料中层间增强粉体的添加量占层间增强浆料总质量的770％～90％，层间增强浆料的粘度满足刷涂工艺，优选250～500Pa.S。

第二步，单层预浸料制备，

单层透波纤维织物浸渍二氧化硅溶胶，晾干后得到单层预浸料；