CN109516825A - 基于石墨烯fss的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法 - Google Patents

基于石墨烯fss的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,它包括步骤1:将针刺石英预制体在真空下,使用硅溶胶浸渍后进行烘干处理;步骤2:将烘干后的针刺石英预制体在真空下,使用硅溶胶浸渍后进行烘干处理,然后进行加热处理;步骤3:将天线窗口坯料加工至天线窗口要求尺寸;步骤4:将步骤3机械加工后的天线窗口坯料在真空下,使用硅溶胶浸渍后进行烘干处理,然后进行加热处理;步骤5:将石英复合陶瓷天线窗口的窗口透波内表面通过化学气相沉积处理得到石墨烯膜层;步骤6:将石英复合陶瓷天线窗口的石墨烯膜层通过激光刻蚀。本发明克服了隐身材料无法高温使用的难题。

Description

基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备 方法
技术领域
本发明涉及石英复合陶瓷技术领域,具体地指一种基于石墨烯FSS(FrequencySelective Surface,频率选择表面)的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法。
背景技术
天线窗口作为保护导弹天线的重要部件,起到透波、承载的作用,是导弹电磁辐射的主要窗口之一,同时为保证导弹气动外形,它与弹体一般是共型设计。
导弹为提高其生存能力及突防能力,必须在不改变气动外形的前提下实现电磁波隐身。目前常规隐身方案是涂覆隐身涂料进行隐身处理,但随着导弹速度不断提高,使得弹体表面温度超过300℃,远高于隐身涂料稳定温度,导致涂料失效。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,本发明在保证天线使用频段高透波率的前提下,屏蔽其它频段电磁波,达到透波隐身的目的,同时,采用石墨烯制备FSS,克服隐身材料无法高温使用的难题。
本发明设计的一种基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,它包括如下步骤:
步骤1:将针刺石英预制体(针刺石英预制体为三维编织体,相当于材料的骨架)在-0.06~-0.09MPa真空下,使用密度为1.1~1.3g/cm3的硅溶胶浸渍3~5小时(上述参数的旋转能使硅溶胶有效浸入编织体),完成后放入烘箱中进行烘干处理;
步骤2:将烘干后的针刺石英预制体在-0.06~-0.09MPa真空下,使用密度为1.1~1.3g/cm3的硅溶胶浸渍3~5小时,完成后进行烘干处理,重复步骤2的上述操作,直到针刺预制体密度达到1.1~1.3g/cm3,然后进行600~800℃的加热处理(上述设计使得硅溶胶于针刺织物有效结合,成为一个整体,有利于后续机加工),完成天线窗口坯料制备;
步骤3:通过机械加工将天线窗口坯料加工至天线窗口要求尺寸;
步骤4:将步骤3机械加工后的天线窗口坯料在-0.06~-0.09MPa真空下,使用密度为1.1~1.3g/cm3的硅溶胶浸渍3~5小时,完成后进行烘干处理,重复步骤4的上述操作,直到天线窗口坯料的密度达到1.5~1.7g/cm3,然后进行700~900℃的加热处理,完成石英复合陶瓷天线窗口制备;
步骤5:将石英复合陶瓷天线窗口的窗口透波内表面通过化学气相沉积处理得到石墨烯膜层;
步骤6:将石英复合陶瓷天线窗口的石墨烯膜层通过激光刻蚀完成石墨烯FSS结构单元的制备。
所述步骤1中烘干温度100~200℃,烘干时间为4~5小时。
所述步骤2中加热处理的时间为3~6小时。
所述步骤4中加热处理的时间为2~4小时。
所述步骤5中,化学气相沉积的参数为:在温度1000~1200℃的条件下通入流量为5~10L/min的甲烷,并保持30~60min。上述参数的设计能够制备性能稳定的石英复合陶瓷材料及石墨烯膜。
所述步骤6中,石墨烯FSS结构单元为十字结构,单个石墨烯FSS结构单元的直径0.2~0.6mm,长度为30~50mm,宽度为30~50mm,相邻两个石墨烯FSS结构单元的间距为5~10mm。
所述步骤5中,将石英复合陶瓷天线窗口置于气相沉积炉(CVD,Chemical VaporDeposition)中,并对石英复合陶瓷天线窗口的窗口透波内表面通过化学气相沉积处理得到石墨烯膜层。
本发明具有如下几方面的优点:
其一,通过针刺织物能够有效缩短石英复合陶瓷制备周期(常规石英复合陶瓷增强体采用手工编织,针刺工艺可以机械化制备);
其二,本发明对15~17GHz透波率达到70%以上,对1~15GHz及17~20GHz频段的透波率小于40%;上述设计实现了电磁隐身的效果。
其三、本发明有效使用温度能够达到800℃(石墨烯再熔点为3000摄氏度),克服了高温透波隐身的问题,实现高温隐身透波。
附图说明
图1为本发明中石英复合陶瓷天线窗口的石墨烯FSS结构单元的结构示意图;
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
本发明所涉及的基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,它包括如下步骤:
步骤1)将针刺石英编织体在-0.09MPa真空下,使用密度为1.3g/cm3的硅溶胶浸渍4小时,完成后放入烘箱升温至100℃,时烘干5小时;
步骤2:将烘干后的针刺石英预制体在-0.09MPa真空下,使用密度为1.3g/cm3的硅溶胶浸渍4小时,完成后进行烘干处理,重复步骤2的上述操作,直到针刺预制体密度达到1.2g/cm3,然后放入马弗炉中进行600~800℃的加热处理,保温6小时,完成天线窗口坯料制备;
步骤3:通过机械加工将坯料加工至天线窗口要求尺寸;
步骤4:将步骤3机械加工后的天线窗口坯料在-0.09MPa真空下,使用密度为1.3g/cm3的硅溶胶浸渍4小时,完成后进行烘干处理,重复步骤4的上述操作,直到天线窗口坯料的密度达到1.6g/cm3,然后进行800℃的加热处理,保温4小时,完成石英复合陶瓷天线窗口制备;
步骤5:将石英复合陶瓷天线窗口置于CVD炉内,石英复合陶瓷天线窗口的窗口透波内表面通过化学气相沉积处理(升温至1050℃,通入甲烷,流量8L/min,时间4小时)得到石墨烯膜层;
所述步骤6中,石墨烯FSS结构单元为十字结构,如图1所示,单个石墨烯FSS结构单元的直径0.2mm,长度为50mm,宽度为50mm,相邻两个石墨烯FSS结构单元的间距为5,完成天线窗口制备。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,其特征在于,它包括如下步骤:
步骤1:将针刺石英预制体在真空下,使用硅溶胶浸渍,完成后进行烘干处理;
步骤2:将烘干后的针刺石英预制体在真空下,使用硅溶胶浸渍,完成后进行烘干处理,重复步骤2的上述操作,直到针刺预制体密度达到1.1~1.3g/cm3,然后进行加热处理,完成天线窗口坯料制备;
步骤3:将天线窗口坯料加工至天线窗口要求尺寸;
步骤4:将步骤3机械加工后的天线窗口坯料在真空下,使用硅溶胶浸渍,完成后进行烘干处理,重复步骤4的上述操作,直到天线窗口坯料的密度达到1.5~1.7g/cm3,然后进行加热处理,完成石英复合陶瓷天线窗口制备;
步骤5:将石英复合陶瓷天线窗口的窗口透波内表面通过化学气相沉积处理得到石墨烯膜层;
步骤6:将石英复合陶瓷天线窗口的石墨烯膜层通过激光刻蚀完成石墨烯FSS结构单元的制备。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,其特征在于:所述步骤1中烘干温度100~200℃,烘干时间为4~5小时。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,其特征在于:所述步骤2中加热处理的时间为3~6小时。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,其特征在于:所述步骤4中加热处理的时间为2~4小时。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,其特征在于:所述步骤5中,化学气相沉积的参数为:在温度1000~1200℃的条件下通入流量为5~10L/min的甲烷,并保持30~60min。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,其特征在于:所述步骤6中,石墨烯FSS结构单元为十字结构,单个石墨烯FSS结构单元的直径0.2~0.6mm,长度为30~50mm,宽度为30~50mm,相邻两个石墨烯FSS结构单元的间距为5~10mm。
7.根据权利要求1所述的基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,其特征在于:所述步骤5中,将石英复合陶瓷天线窗口置于气相沉积炉中,并对石英复合陶瓷天线窗口的窗口透波内表面通过化学气相沉积处理得到石墨烯膜层。
8.根据权利要求1所述的基于石墨烯FSS的石英复合陶瓷频选隐身天线窗口的制备方法,其特征在于:
步骤1中,将针刺石英预制体在-0.06~-0.09MPa真空下,使用密度为1.1~1.3g/cm3的硅溶胶浸渍3~5小时,完成后进行烘干处理;
步骤2中,将烘干后的针刺石英预制体在-0.06~-0.09MPa真空下,使用密度为1.1~1.3g/cm3的硅溶胶浸渍3~5小时,完成后进行烘干处理,重复步骤2的上述操作,直到针刺预制体密度达到1.1~1.3g/cm3,然后进行600~800℃的加热处理,完成天线窗口坯料制备;
步骤4中,将步骤3机械加工后的天线窗口坯料在-0.06~-0.09MPa真空下,使用密度为1.1~1.3g/cm3的硅溶胶浸渍3~5小时,完成后进行烘干处理,重复步骤4的上述操作,直到天线窗口坯料的密度达到1.5~1.7g/cm3,然后进行700~900℃的加热处理,完成石英复合陶瓷天线窗口制备。
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