[发明专利]一种耐1000℃超材料用耐高温复合结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐1000℃超材料用耐高温复合结构及其制备方法。该复合结构自上而下依次为：强透波高温保护层、超薄硅基高温粘接层、电路层、超薄硅基高温粘接层、高强度耐高温基板层。其中，强透波高温保护层是透波纤维增强陶瓷基复合材料，高强度耐高温基板层是连续纤维增强陶瓷基复合材料，电路层为需要保护的超材料，最后进行组装，将复合结构在高温条件下一步成型，得到耐1000℃超材料用耐高温复合结构。通过本发明设计的耐1000℃超材料用耐高温复合结构，科学合理通用性强，一步成型方便操作。采用该方法制备的耐高温复合结构力学性能优异，各层之间结合强度高，防腐性好，整体复合结构电磁兼容性好，能耐1000℃高温。

技术领域

本发明涉及耐高温透波复合材料领域，尤其涉及一种耐1000℃超材料用耐高温复合结构及其制备方法。

背景技术

目前，在雷达探测、卫星通讯等领域，由于超材料能够表现出非常奇特的电磁效应，成为电磁领域的研究热点。超材料作为一种人工电磁媒质，是由亚波长单元以周期性或者非周期性方式排列构成。相较于天然材料，超材料的单元具有宏观属性，便于人为设计及操控，从而实现多种超常功能，达到所需要的电磁特性。与此同时，超材料的使用越来越多的需要在再高温环境下使用，如果没有适当的保护，这种热量会给超材料带来严重的问题，在高温环境下，内外部热量的集中会更加明显，使得超材料出现不可抗力的热损失，严重影响电流的信号。

目前超材料表面热防护材料一般以树脂型热防护材料为主，但是超过500℃树脂容易碳化，因此寻找能耐500℃以上的高温透波复合材料尤为迫切。目前，材料和工艺是获得高可靠性电磁产品的主要限制因素，利用传统的材料和工艺已不能满足电磁产品对电子和物理性能的要求。由于陶瓷基复合材料由于其高强度、耐高温等性能，被视为高温环境下超材料的理想材料，但是一般的陶瓷基复合材料的介电损耗较高，不适合作为透波材料，但是透波性能本文所述的透波纤维增强陶瓷基复合材料的透波性能是属于透波性能是十分优越的，同时也耐高温；现有超材料表面防护材料由于是金属制备的，在高温下容易变形并且不能耐高温，容易损坏结构，一旦结构损坏便失去了超材料的功能。

尤其是石英纤维可以在1050℃的环境下长期工作，同时在高频和700℃，石英纤维具有最低和最稳定的介电常数和介电损耗，强度保留率在70％以上，可以用于高温透波陶瓷基复合材料的增强体，是已经应用的综合性能相对优秀的耐高温、透波、介电性能好的无机纤维材料，是目前为止应用最成熟、最广泛的高温透波材料。在作为透波绝缘材料的同时，能够承受住高温，同时隔绝外部的热环境，起到电磁兼容和保护内部结构的作用，因此选择高温透波纤维增强陶瓷基复合材料作为超材料的热防护材料。

超材料的制备主要采用PCB制备工艺，即通过在绝缘衬底上形成超材料层，超材料层一般由金属制备并且在金属表面形成微结构来实现超材料的制备，但是由于金属的热膨胀系数与表面透波纤维增强陶瓷基复合材料保护层不匹配，在制备过程中保护层容易脱落。因此对于在超材料表面的保护层来说，不仅要考虑超材料与透波纤维增强陶瓷基复合材料在高温下的膨胀率，还要考虑两者的黏连性好坏。为了保护超材料，一般选择将超材料黏连并且包埋在保护层里面，以减小气动阻力和局部热应力集中效应。包埋在里面的超材料，在强透波保护层的保护下可以避免外部环境热损伤，同时超材料在强透波保护层表面的贴合固定下，抑制了超材料和复合材料的热膨胀系数不匹配，在高温环境下，并没有改变超材料表面的形状和强透波保护层的透波特性，可较好的保护超材料内部的结构。

发明内容