[发明专利]一种预应力陶瓷基雷达天线罩/天线窗复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种预应力陶瓷基雷达天线罩/天线窗复合材料的制备方法，该方法利用玄武岩纤维优异的力学性能和电磁性能，以及较大的断裂延伸率，与石英陶瓷良好的相容性，对纤维预制体进行预应力张拉，在天线罩/天线窗成型后始终提供张紧力，对基体产生压应力，使得天线罩/天线窗材料力学性能进一步提高。同时，采用上述复合材料制备的天线罩/天线窗材料，拉伸强度＞600MPa，弯曲强度＞200MPa，10GHz下介电常数约2.6‑3.0，介电损耗0.005‑0.015，能够满足中高马赫飞行器对雷达天线罩/天线窗的使用需求。

技术领域

本发明属于陶瓷制备领域，特别涉及一种预应力陶瓷基雷达天线罩/天线窗复合材料的制备方法及应用。

背景技术

雷达天线罩/天线窗是位于飞行器头部，用于保护飞行器内部雷达系统不受恶劣天气影响、进行正常信号传输的屏障。雷达天线罩/天线窗应具备良好的力学性能和透波性能。SiO_2f/SiO₂是目前应用较为广泛、技术较为成熟的雷达天线罩/天线窗材料之一，已成功应用于美国“三叉戟”潜地导弹。

随着飞行器飞行速度的大幅提升，以及传输信号精度需求的越来越高，对天线罩/天线窗材料的原料选择和设计提出了更高的要求。玄武岩纤维由于其优异的力学性能和电磁性能，吸引了学者的注意。资料表明，玄武岩纤维10GHZ下介电常数为2.62，介电损耗在0.005左右，透波性能良好，能够满足雷达天线罩/天线窗电性能要求。同时，玄武岩纤维力学性能优异，断裂延伸率可达3％，是良好的预应力材料。

发明内容

为了解决如何进行合适的天线罩/天线窗材料的原料选择和设计，制备出良好的预应力材料的技术问题，本发明提供一种预应力陶瓷基雷达天线罩/天线窗复合材料及其制备方法，是利用玄武岩纤维优异的力学性能和电磁性能，以及较大的断裂延伸率，对纤维预制体进行预应力张拉，在天线罩/天线窗成型后始终提供张紧力，对基体产生压应力，使得天线罩/天线窗材料力学性能进一步提高，能够满足中高马赫飞行器对雷达天线罩/天线窗的使用需求。

本发明提供的一种预应力陶瓷基雷达天线罩/天线窗复合材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：预制体的编织

预制体采用石英纤维及玄武岩纤维混合编织而成，其中，玄武岩纤维的体积分数为50-80％，玄武岩纤维与石英纤维应均匀分布；

步骤二：预制体预处理

将步骤一的预制体放入酸溶液中，80-100℃恒温水浴1-1.5小时后去离子水冲洗至呈中性，80-85℃空气环境下干燥4-8小时至完全烘干，随后空气环境下1-1.5小时升温至250-300℃保温2-4小时，随炉冷却；

步骤三：预制体张拉浸渍

将步骤二的预制体沿纤维长度方向进行张拉并保持张拉状态，张拉力设置为纤维极限断裂力的20-40％；将张拉后的预制体浸渍于盛有硅溶胶的容器中，置于浸渍罐内，浸渍完毕，将预制体取出，70-80℃空气环境下干燥4-8小时至完全烘干；

步骤四：预制体的烧结

将步骤三的预制体(放入高温炉，通入惰性气体，按照三个阶段分别进行升温并保温一段时间后，2-3小时降至室温；取出，称重并测算密度；其中，惰性气体为氮气或氩气；

步骤五：重复步骤三和步骤四，将重复后的两次步骤四获得的密度进行比较，直至两次密度变化小于0.05g/cm³，拆卸张拉装置，复合材料制备完成。

作为改进，其中，步骤二中酸溶液可以为稀硝酸、稀硫酸或稀盐酸中的一种或任一几种，溶液pH值为4-6。

作为改进，其中，步骤三中硅溶胶粒径10～15μm。