CN102731130A - 低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法 - Google Patents

低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法，其步骤包括：先根据天线罩的几何尺寸设计出芯模，在芯模上用石英布和石英毡通过针刺法刺成相应几何尺寸的仿形结构织物，然后织物采用沸水水煮、焙烧、酸洗处理、重复浸渍、干燥、脱模后再重复浸渍、干燥处理、以及对织物进行热处理，使其完全陶瓷化成毛坯，最后将毛坯机械加工成所需的产品尺寸，即得石英复合陶瓷天线罩。实践证明，该方法在材料力学、电学性能满足使用要求的情况下通过降低原材料成本、编织费用及缩短生产周期，以达到较大程度的降低天线罩产品成本。

Description

低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法
技术领域
本发明属于石英复合陶瓷材料技术领域，具体涉及一种低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法。
技术背景
随着军工武器向高、精、尖方向发展，军工武器的成本越来越高，过高的成本限制了大量生产、应用，因此，降低军工武器成本已成为必然趋势。在航空航天用天线罩领域，石英复合陶瓷因介电常数对频率与温度十分稳定及突出的抗热冲击性能使之成为高超音速（Ma≥7）导弹天线罩唯一可用的透波耐热承载材料。现阶段石英复合陶瓷体系为石英纤维编织体增强石英，其基体由硅溶胶经凝胶、干燥转化形成，转化过程即溶胶-凝胶法（sol~gel）。
现有技术采用液相浸渍制备石英复合陶瓷天线罩材料，制作方法包括以下步骤：
1）将石英纤维编织成封顶仿形结构；
2）将石英纤维织物在硅溶胶中进行液相浸渍（15~20次）；
3）硅溶胶经多次浸渍、干燥，转化为基体；
4）对复合石英陶瓷天线罩进行热处理、机加成型。
所使用的原材料中高强石英纤维纱价格3000元/公斤；仿形编织费用10000元/公斤，编织体密度＞1.0g/cm3，纤维纱含量高，成型时间2个月左右，周期长，因此成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法，该方法在材料力学、电学性能满足使用要求的情况下通过降低原材料成本、编织费用及缩短生产周期，以达到较大程度的降低天线罩产品成本。
为实现上述目的，本发明的低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法，依次包括以下步骤：
1）根据天线罩的几何尺寸设计出芯模，在芯模上用石英布和石英毡通过针刺法刺成相应几何尺寸的仿形结构织物；
2）将织物采用沸水水煮20~40h后脱模；
3）将脱模后的织物经400~700℃焙烧2~4h，再进行酸洗处理；
4）将经酸洗的织物套在芯模上，重复进行浸渍、干燥处理2~4次后再次脱模，所述浸渍处理是将织物置于硅溶胶中浸渍20~40min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥10~30h；
5）将再次脱模后的织物，再重复进行浸渍、干燥处理6~10次，所述浸渍处理是将织物置于硅溶胶中浸渍20~40min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥10~30h；
6）接着对织物在600~900℃条件下进行热处理，使其完全陶瓷化成毛坯；
7）最后将毛坯机械加工成所需的产品尺寸，即得石英复合陶瓷天线罩。
优选地，所述步骤4）和步骤5）中的硅溶胶密度为1.10~1.16g/cm3。
进一步地，所述步骤4）中浸渍时需不断地振动硅溶胶。
更进一步地，所述步骤3）中酸洗处理选用的酸液中浓盐酸与浓硝酸的体积比为3∶1。
本发明低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法各步骤工艺参数限定原理如下：
本发明将石英针刺织物（石英针刺编织体是通过多层石英布与石英毡交替叠加后针刺成型成仿形结构织物，密度仅0.4g/cm3）通过水煮、焙烧、酸洗等措施预处理，除去石英布、石英毡表面的浸润剂，然后采用1.10~1.16g/cm3硅溶胶作为基体，经浸渍、干燥、浸渍、干燥重复2~4次处理，使硅溶胶基体有效填充石英针刺织物的缝隙，加强石英针刺织物的致密性，然后脱模后从内侧和外侧同时对织物进行再次浸渍、干燥重复处理6~10次，干燥脱水后，再经600~900℃中温热处理工艺处理，使其晶相化形成陶瓷化成毛坯，最后，对毛坯进行机械加工成所需产品尺寸，即得到低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩产品。而且，本发明的制备方法采用的原材料石英纤维布约100元/公斤，石英毡约3000元/公斤，针刺费用仅2000元/公斤，织物密度＜0.5g/cm3，石英布及石英毡含量低，成本低廉；同时，生产周期大大缩短，仅需40天。材料介电常数2.9，介电损耗角正切0.009，弯曲强度50MPa，满足天线罩介电及力学性能使用要求。本发明能在满足天线罩产品使用要求的基础上，降低成本60%。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。
实施例1
一种半球状天线罩工艺过程如下：
1）根据天线罩的几何尺寸设计出半球状芯模，在芯模上按照一层石英布、一层石英毡的次序通过针刺法逐层刺成相应半球状的仿形结构织物；
2）将织物采用沸水水煮40h后脱模；
3）将脱模后的织物经400℃焙烧4h，再进行酸洗处理，酸洗所采用的酸液中浓盐酸与浓硝酸的体积比为3∶1；
4）将经酸洗的织物套在芯模上，重复进行浸渍、干燥处理4次后再次脱模，浸渍时需不断地振动硅溶胶，所述浸渍处理是将织物置于密度为1.10g/cm3的硅溶胶中浸渍20min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥10h；
5）将再次脱模后的织物，再重复进行浸渍、干燥处理6次，所述浸渍处理是将织物置于密度为1.10g/cm3的硅溶胶中浸渍20min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥10h；
6）接着对织物在600℃条件下进行热处理，使其完全陶瓷化成毛坯；
7）最后将毛坯机械加工成所需的产品尺寸，即得半球状天线罩。
采用此浸渍技术制造的半球状石英复合陶瓷天线罩，密度1.70g/cm3，介电常数3.0，损耗角正切0.009，弯曲强度55MPa，各项性能满足设计使用要求。
本方法主要从织物材料用量、编织费用及生产周期三个方面降低成本64％，以1kg产品成本降低情况具体见下表。
Figure BDA0000178441051
实施例2
一种锥形天线罩的主要工艺过程如下：
1）根据天线罩的几何尺寸设计出锥形芯模，在芯模上按照石英布与石英毡相互间隔的次序通过针刺法刺成相应锥形的仿形结构织物；
2）将织物采用沸水水煮20h后脱模；
3）将脱模后的织物经700℃焙烧2h，再进行酸洗处理，酸洗所采用的酸液中浓盐酸与浓硝酸的体积比为3∶1；
4）将经酸洗的织物套在芯模上，重复进行浸渍、干燥处理2次后再次脱模，浸渍时需不断地振动硅溶胶，所述浸渍处理是将织物置于密度为1.10g/cm3的硅溶胶中浸渍20min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥10h；
5）将再次脱模后的织物，再重复进行浸渍、干燥处理6次，所述浸渍处理是将织物置于密度为1.16g/cm3的硅溶胶中浸渍40min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥30h；
6）接着对织物在900℃条件下进行热处理，使其完全陶瓷化成毛坯；
7）最后将毛坯机械加工成所需的产品尺寸，即得锥形天线罩。
采用此浸渍技术制造的锥形石英复合陶瓷天线罩，密度1.75g/cm3，介电常数2.9，损耗角正切0.008，弯曲强度50MPa各项性能满足设计使用要求。
本方法主要从织物材料用量、编织费用及生产周期三个方面降低成本63％，以1kg产品成本降低情况具体见下表。
Figure BDA0000178441052
实施例3
一种锥形天线罩的主要工艺过程如下：
1）根据天线罩的几何尺寸设计出锥形芯模，在芯模上按照石英布与石英毡相互间隔的次序通过针刺法刺成相应锥形的仿形结构织物；
2）将织物采用沸水水煮30h后脱模；
3）将脱模后的织物经550℃焙烧3h，再进行酸洗处理，酸洗所采用的酸液中浓盐酸与浓硝酸的体积比为3∶1；
4）将经酸洗的织物套在芯模上，重复进行浸渍、干燥处理3次后再次脱模，浸渍时需不断地振动硅溶胶，所述浸渍处理是将织物置于密度为1.13g/cm3的硅溶胶中浸渍30min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥20h；
5）将再次脱模后的织物，再重复进行浸渍、干燥处理8次，所述浸渍处理是将织物置于密度为1.13g/cm3的硅溶胶中浸渍30min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥20h；
6）接着对织物在800℃条件下进行热处理，使其完全陶瓷化成毛坯；
7）最后将毛坯机械加工成所需的产品尺寸，即得锥形天线罩。
采用此浸渍技术制造的锥形石英复合陶瓷天线罩，密度1.72g/cm3，介电常数2.8，损耗角正切0.008，弯曲强度53MPa各项性能满足设计使用要求。
本方法主要从织物材料用量、编织费用及生产周期三个方面降低成本65％，以1kg产品成本降低情况具体见下表。
Figure BDA0000178441053
。

Claims (5)

1.一种低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法，其特征在于，它依次包括以下步骤：
1）根据天线罩的几何尺寸设计出芯模，在芯模上用石英布和石英毡通过针刺法刺成相应几何尺寸的仿形结构织物；
2）将织物采用沸水水煮20~40h后脱模；
3）将脱模后的织物经400~700℃焙烧2~4h，再进行酸洗处理；
4）将经酸洗的织物套在芯模上，重复进行浸渍、干燥处理2~4次后再次脱模，所述浸渍处理是将织物置于硅溶胶中浸渍20~40min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥10~30h；
5）将再次脱模后的织物，再重复进行浸渍、干燥处理6~10次，所述浸渍处理是将织物置于硅溶胶中浸渍20~40min，所述干燥是将浸渍后的织物进行干燥10~30h；
6）接着对织物在600~900℃条件下进行热处理，使其完全陶瓷化成毛坯；
7）最后将毛坯机械加工成所需的产品尺寸，即得石英复合陶瓷天线罩。
2.根据权利要求1所述低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法，其特征在于：所述步骤4）和步骤5）中的硅溶胶密度为1.10~1.16g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中浸渍时需不断地振动硅溶胶。
4.根据权利要求1或2所述低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中酸洗处理选用的酸液中浓盐酸与浓硝酸的体积比为3∶1。
5.根据权利要求3所述低成本针刺织物增强石英复合陶瓷天线罩的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中酸洗处理选用的酸液中浓盐酸与浓硝酸的体积比为3∶1。
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