CN104393402A - 微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，该方法首先根据罩体的尺寸要求，设计出相应的编织芯模，然后以石英纤维纱为原材料在编织芯模上进行贴模编织，得到满足要求的罩体编织物；将罩体编织物置于水中水煮，然后置于放入酸液中浸泡，最后置于装有硅溶胶中进行浸渍复合，得到罩体毛坯；将连接环与罩体的粘接部位进行加工，即可得到微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩。本发明中将机械加工分为粗车和精车两次加工，有效地保证了罩体表面的加工质量，罩体表面的凹坑明显减少，同时提高了罩体材质的均匀性。本发明中在每次机械加工后，对罩体毛坯进行高温热处理，有效地除去加工过程中沾染的油污等有机杂质，有效地保证了产品性能。
Description
技术领域
本发明涉及导弹用透波天线罩制备技术领域，具体地指一种微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法。
背景技术
天线罩位于导弹的头部，是弹体的一个重要结构部件，起着承载、隔热、透波的作用，能够在及其恶劣的再入环境下，承受住严酷的气动加热和气动加载，具有良好的透波性能，保护天线能够正常工作，确保打击精度。
由于再入环境恶劣，温度高达1000℃以上，传统的树脂基复合材料已难以满足使用需求。目前国内能够满足上述要求，在技术上又相对成熟材料主要是石英陶瓷材料。同传统的熔融石英陶瓷材料相比，复合陶瓷材料具有强度高、韧性好(塑性断裂)、可靠性强的突出优点，避免了瞬间破裂的灾难性后果，
目前，迫切需要用陶瓷基功能透波复合材料制备一种导弹用透波天线罩的方法，从而能够满足严酷再入环境的考核，有效提高整个导弹武器系统的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法。本发明的天线罩体型小、壁厚薄，尺寸要求严格，采用液相浸渍和高温烧结的方法得到罩体毛坯，经机械加工得到要求尺寸的罩体，然后经无压粘接的方法与因瓦合金钢粘接得到所需的天线罩。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，包括以下步骤：
1)根据罩体的尺寸要求，设计出相应的编织芯模，然后以石英纤维纱为原材料在编织芯模上进行贴模编织，得到满足要求的罩体编织物；
2)将罩体编织物置于水中水煮，烘干后，在200～400℃和通氧气条件下焙烧，然后将罩体织物放入酸液中浸泡，酸液浸泡后将罩体织物置于水中水煮，再用水浸泡罩体织物，直至罩体织物的pH＝5～7；
3)将pH＝5～7的罩体织物置于装有硅溶胶的器皿中，先在真空条件下进行浸渍复合，然后在真空和震动器条件下继续浸渍，直至浸渍复合完毕后，最后将罩体织物取出干燥；重复上述步骤8～10次；
4)将浸渍复合后的罩体编织体进行热处理，使其陶瓷化得到罩体毛坯；
5)对罩体毛坯进行粗车和精车两次机械加工形成所需产品尺寸，即可得到天线罩罩体；两次机械加工目的是为了有效保证罩体的尺寸要求和材质密度。每次机械加工后均需进行热处理，目的是为了除去机械加工过程中沾染的有机杂质。
6)将连接环与罩体的粘接部位进行配车，然后将连接环与罩体进行试装，其中，罩体与连接环之间预留0.15～0.3mm的缝隙余量；
7)将配车后的连接环与罩体的粘接面进行喷砂处理；
8)将喷砂后的连接环与罩体进行无压粘接固化，即可得到微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩。无压粘接的方式进行粘接，简单，可操作性强。粘接过程中，使用粘接工装，分别为连接环和罩体提供定位基准，保证安装尺寸，同时通过工装定位实现实时检测，保证产品的同轴度和总高度要求。
进一步地，所述步骤1)中，除去石英玻璃纤维纱表面的有机环氧型浸润剂。这些有机浸润剂的存在会降低罩体织物浸渍硅溶胶的效果。
所述步骤2)中，水为超纯水，第一次水煮时间为40～60h，200～400℃条件下焙烧24～48h，焙烧时间为3～6h；放入酸液中浸泡时间10～20h，第二次水煮时间为15～20h。
再进一步地，所述酸液按照浓盐酸∶浓硝酸＝1～3∶1的体积比配制。
再进一步地，所述步骤3)中，前6次的浸渍复合中，硅溶胶的密度为1.25～1.30g/cm3，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，在真空条件下浸渍时间为30～50min；在真空和震动条件下浸渍时间为20～40min，在温度为20～60℃条件下干燥20～48h；
后续的2～4次的浸渍复合中，硅溶胶的密度为1.12～1.16g/cm3，真空度为-0.09～-0.1MPa，真空浸渍时间为30～50min；在真空和震动条件下浸渍时间为20～40min，在温度为20～60℃条件下干燥20～48h。硅溶胶液面出现剧烈的震动波纹，增大硅溶胶颗粒的动能，提高浸渍复合效果
再进一步地，所述步骤4)中，热处理温度为600～1000℃，时间为2～6h。热处理不仅可以使二氧化硅颗粒和石英纤维会发生部分晶向化，使得材料陶瓷化和致密化，同时可以除去罩体毛坯在机械加工和周转过程中沾染的有机杂质。
再进一步地，所述步骤8)中，固化过程中，从室温按2～5℃/s进行升温，温度升至80～120℃条件固化5～7h。
再进一步地，所述步骤1)中，罩体编织物厚度比天线罩罩体厚度厚约6～12mm。从而给后续的机械加工留有一定的余量。
本发明的有益效果在于：
本发明采用纤维编织物液相浸渍硅溶胶、高温热处理及无压粘接的方法制造了微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，其特点如下：
1)本发明中将机械加工分为粗车和精车两次加工，有效地保证了罩体表面的加工质量，罩体表面的凹坑明显减少，同时提高了罩体材质的均匀性。
2)本发明中在每次机械加工后，对罩体毛坯进行高温热处理，有效地除去加工过程中沾染的油污等有机杂质，有效地保证了产品的透波性能。
3)本发明中采用无压粘接，简单、可操作性能强，通过设计专用的粘接工装，有效地实现了粘接过程中的实时检测和产品苛刻的尺寸要求和同轴度要求。
附图说明
图1为天线罩外形剖面图；
图2为罩体编织芯模示意图；
图3为罩体1粘接工装示意图
图中，罩体1、编织芯模2、粘接工装3。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
一种微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，包括以下步骤：
1)如图1所述，根据罩体1的尺寸要求，其尺寸如下
表1罩体主要尺寸
并设计出相应的编织芯模2(如图2所示)和选取石英玻璃纤维纱，除去石英玻璃纤维纱表面的有机环氧型浸润剂，然后以石英纤维纱为原材料在编织芯模2上进行贴模编织，得到满足要求的罩体编织物；
2)将罩体编织物置于超纯水中水煮40h，在温度为200℃条件下焙烧48h，在200℃和通氧气条件下焙烧6h，然后将罩体织物放入酸液中浸泡10h，酸液浸泡后将罩体织物置于水中水煮20h，再用水浸泡罩体织物，直至罩体织物的pH＝7；其中，酸液按照浓盐酸∶浓硝酸＝3∶1的体积比配制，
3)将pH＝7的罩体织物置于装有密度为1.25g/cm3的硅溶胶的器皿中，先在真空度为-0.09MPa条件下进行浸渍复合50min，然后在真空度为-0.09MPa和震动器条件下继续浸渍40min，最后将罩体织物取出在温度为干燥；重复上述步骤5次；
然后再将罩体织物置于装有密度为1.12g/cm3的硅溶胶的器皿中，先在真空度为-0.09MPa条件下进行浸渍复合50min，然后在真空度为-0.09MPa和震动器条件下继续浸渍20min，最后将罩体织物取出在温度为干燥；重复上述步骤3次
4)将浸渍复合后的罩体编织在温度为1000℃条件下热处理为3h，使其陶瓷化得到罩体毛坯；
5)对罩体毛坯进行粗车和精车两次机械加工形成所需产品尺寸，即可得到天线罩罩体1；
6)将连接环与罩体1的粘接部位进行配车，然后将连接环与罩体进行试装，其中，罩体与连接环之间预留0.15mm的缝隙余量；
7)将配车后的连接环与罩体1的粘接面进行喷砂处理；
8)将喷砂后的连接环与罩体1进行无压粘接固化，固化过程中，从室温按2℃/s进行升温，温度升至80℃条件固化7h，即可得到微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩1，其中，粘接过程中，使用粘接工装3，分别为连接环和罩体提供定位基准，保证安装尺寸，同时通过工装定位实现实时检测，保证产品的同轴度和总高度要求。
对微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩1随炉试样进行性能检测，如下表所示：
| 密度g/m3 | 拉伸强度MPa | 弯曲强度MPa | 介电常数 | 介电损耗角正切值 |
| 1.74 | 37 | 66 | 2.7 | 0.0019 |
实施例2
一种微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，包括以下步骤：
1)如图1所述，根据罩体1的尺寸要求，其尺寸如下
表1罩体主要尺寸
并设计出相应的编织芯模2(如图2所示)和选取石英玻璃纤维纱，除去石英玻璃纤维纱表面的有机环氧型浸润剂，然后以石英纤维纱为原材料在编织芯模2上进行贴模编织，得到满足要求的罩体编织物；
2)将罩体编织物置于超纯水中水煮60h，在温度为300℃条件下焙烧24h，在400℃和通氧气条件下焙烧3h，然后将罩体织物放入酸液中浸泡10h，酸液浸泡后将罩体织物置于水中水煮15h，再用水浸泡罩体织物，直至罩体织物的pH＝5；其中，酸液按照浓盐酸∶浓硝酸＝1∶1的体积比配制，
3)将pH＝5的罩体织物置于装有密度为1.30g/cm3的硅溶胶的器皿中，先在真空度为-0.1MPa条件下进行浸渍复合30min，然后在真空度为-0.1MPa和震动器条件下继续浸渍20min，最后将罩体织物取出在温度为干燥；重复上述步骤5次；
然后再将罩体织物置于装有密度为1.16g/cm3的硅溶胶的器皿中，先在真空度为-0.1MPa条件下进行浸渍复合30min，然后在真空度为-0.1MPa和震动器条件下继续浸渍20min，最后将罩体织物取出在温度为干燥；重复上述步骤1次
4)将浸渍复合后的罩体编织在温度为600℃条件下热处理为6h，使其陶瓷化得到罩体毛坯；
5)对罩体毛坯进行粗车和精车两次机械加工形成所需产品尺寸，即可得到天线罩罩体；
6)将连接环与罩体1的粘接部位进行配车，然后将连接环与罩体进行试装，其中，罩体1与连接环之间预留0.15mm的缝隙余量；
7)将配车后的连接环与罩体1的粘接面进行喷砂处理；
8)将喷砂后的连接环与罩体1进行无压粘接固化，固化过程中，从室温按5℃/s进行升温，温度升至120℃条件固化5h，即可得到微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩2，其中，粘接过程中，使用粘接工装3，分别为连接环和罩体1提供定位基准，保证安装尺寸，同时通过工装定位实现实时检测，保证产品的同轴度和总高度要求。
对微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩2进行性能检测，如下表所示：
| 密度g/m3 | 拉伸强度MPa | 弯曲强度MPa | 介电常数 | 介电损耗角正切值 |
| 1.77 | 47 | 72 | 3.4 | 0.0036 |
实施例3
一种微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，包括以下步骤：
1)如图1所述，根据罩体1的尺寸要求，其尺寸如下
表1罩体主要尺寸
并设计出相应的编织芯模(如图2所示)和选取石英玻璃纤维纱，除去石英玻璃纤维纱表面的有机环氧型浸润剂，然后以石英纤维纱为原材料在编织芯模2上进行贴模编织，得到满足要求的罩体编织物；
2)将罩体编织物置于超纯水中水煮50h，在温度为400℃条件下焙烧36h，在300℃和通氧气条件下焙烧4h，然后将罩体织物放入酸液中浸泡15h，酸液浸泡后将罩体织物置于水中水煮18h，再用水浸泡罩体织物，直至罩体织物的pH＝6；其中，酸液按照浓盐酸∶浓硝酸＝2∶1的体积比配制，
3)将pH＝6的罩体织物置于装有密度为1.28g/cm3的硅溶胶的器皿中，先在真空度为-0.1MPa条件下进行浸渍复合40min，然后在真空度为-0.1MPa和震动器条件下继续浸渍30min，最后将罩体织物取出在温度为干燥；重复上述步骤5次；
然后再将罩体织物置于装有密度为1.14g/cm3的硅溶胶的器皿中，先在真空度为-0.1MPa条件下进行浸渍复合40min，然后在真空度为-0.1MPa和震动器条件下继续浸渍30min，最后将罩体织物取出在温度为干燥；重复上述步骤2次
4)将浸渍复合后的罩体编织在温度为800℃条件下热处理为5h，使其陶瓷化得到罩体毛坯；
5)对罩体毛坯进行粗车和精车两次机械加工形成所需产品尺寸，即可得到天线罩罩体1；
6)将连接环与罩体1的粘接部位进行配车，然后将连接环与罩体1进行试装，其中，罩体1与连接环之间预留0.2mm的缝隙余量；
7)将配车后的连接环与罩体1的粘接面进行喷砂处理；
8)将喷砂后的连接环与罩体1进行无压粘接固化，固化过程中，从室温按3.5℃/s进行升温，温度升至100℃条件固化6h，即可得到微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩1，其中，粘接过程中，使用粘接工装3，分别为连接环和罩体提供定位基准，保证安装尺寸，同时通过工装定位实现实时检测，保证产品的同轴度和总高度要求。
对微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩1进行性能检测，如下表所示：
| 密度g/m3 | 拉伸强度MPa | 弯曲强度MPa | 介电常数 | 介电损耗角正切值 |
| 1.75 | 40 | 73 | 3.0 | 0.0023 |
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (8)
1.一种微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据罩体的尺寸要求，设计出相应的编织芯模，然后以石英纤维纱为原材料在编织芯模上进行贴模编织，得到满足要求的罩体编织物；
2)将罩体编织物置于水中水煮，烘干后，在200～400℃和通氧气条件下焙烧，然后将罩体织物放入酸液中浸泡，酸液浸泡后将罩体织物置于水中水煮，再用水浸泡罩体织物，直至罩体织物的pH＝5～7；
3)将pH＝5～7的罩体织物置于装有硅溶胶的器皿中，先在真空条件下进行浸渍复合，然后在真空和震动器条件下继续浸渍，直至浸渍复合完毕后，最后将罩体织物取出干燥；重复上述步骤8～10次；
4)将浸渍复合后的罩体编织体进行热处理，使其陶瓷化得到罩体毛坯；
5)对罩体毛坯进行粗车和精车两次机械加工形成所需产品尺寸，即可得到天线罩罩体；
6)将连接环与罩体的粘接部位进行配车，然后将连接环与罩体进行试装，其中，罩体与连接环之间预留0.15～0.3mm的缝隙余量；
7)将配车后的连接环与罩体的粘接面进行喷砂处理；
8)将喷砂后的连接环与罩体进行无压粘接固化，即可得到微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩。
2.根据权利要求1所述微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中，除去石英玻璃纤维纱表面的有机环氧型浸润剂。
3.根据权利要求1所述微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中，水为超纯水，第一次水煮时间为40～60h，在温度为200～400℃的条件下焙烧24～48h，焙烧时间为3～6h；放入酸液中浸泡时间10～20h，第二次水煮时间为15～20h。
4.根据权利要求1或2所述的变密度宽频透波石英复合陶瓷天线罩罩体的成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，酸液按照浓盐酸∶浓硝酸＝1～3∶1的体积比配制。
5.根据权利要求1或2所述微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，其特征在于：所述步骤3)和步骤4)中，前6次的浸渍复合中，硅溶胶的密度为1.25～1.30g/cm3，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，在真空条件下浸渍时间为30～50min；在真空和震动条件下浸渍时间为20～40min，在温度为20～60℃条件下干燥20～48h；
后续的2～4次的浸渍复合中，硅溶胶的密度为1.12～1.16g/cm3，真空度为-0.09～-0.1MPa，真空浸渍时间为30～50min；在真空和震动条件下浸渍时间为20～40min，在温度为20～60℃条件下干燥20～48h。
6.根据权利要求1或2所述微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，其特征在于：所述步骤4)中，热处理温度为600～1000℃，时间为2～6h。
7.根据权利要求1或2所述微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩的制造方法，其特征在于：所述步骤8)中，固化过程中，从室温按2～5℃/s进行升温，温度升至80～120℃条件固化5～7h。
8.根据权利要求1或2所述微型且薄壁的复合陶瓷透波天线罩 的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中，罩体编织物厚度比天线罩罩体厚度厚约6～12mm。
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