CN109524781B - 一种Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法 - Google Patents

一种Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Z‑pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，包括如下步骤：1、将石英纤维依次通过热处理，硅溶胶浸渍，模具成型固化，高温处理，通过Z‑pin植入设备将Z‑pin构件植入转移泡沫；2、根据天线罩几何尺寸设计芯模，将通过硅溶胶浸渍的石英布沿芯模进行铺设；3、将植入了Z‑pin构件的转移泡沫切割成天线罩坯料相符尺寸，将切割好的转移泡沫固定在天线罩预制体上，将Z‑pin构件植入天线罩预制体；4、将植入Z‑pin构件的天线罩预制体置于硅溶胶中浸渍，并重复2～4次后脱模，进行致密化处理；5、将完成致密化处理的天线罩毛坯通过机加工至相应要求尺寸。本发明能缩短天线罩制备周期，降低成本。

Description

一种Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法
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Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，Z-pin技术是指在层合板预浸件中直接嵌入固化好的纤维棒然后再固化成型，本发明将该技术引入陶瓷基体复合材料的制备中。
背景技术
石英复合陶瓷天线罩具有优良的高温介电稳定性及良好的抗热冲击性能，是目前超高音速导弹(Ma≥7)唯一可靠使用的承载透波一体化天线罩。但目前石英复合天线罩采用溶胶凝胶法制备，需先通过编织、缝合等方式制备石英纤维增强体，再通过多轮浸渍复合完成制备，制备周期长达3个月，制备成本高。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，本发明能缩短天线罩制备周期，降低制备成本。
本发明设计的一种Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：Z-pin构件制备，将石英纤维依次通过热处理，硅溶胶浸渍，模具成型固化，600～800℃的高温处理(这个温度下能够使得纤维与硅溶胶结合更强，不至于散，还有较好的力学性能)得到石英纤维Z-pin构件，通过Z-pin植入设备将石英纤维Z-pin构件植入转移泡沫；
步骤2：预制体制备，根据天线罩几何尺寸设计芯模，将通过硅溶胶浸渍的石英布沿芯模进行铺设，并进行预固化；
步骤3：石英纤维Z-pin构件制备植入，将步骤1得到的植入了石英纤维Z-pin构件的转移泡沫切割成天线罩坯料相符尺寸，将切割好的转移泡沫固定在天线罩预制体上(天线罩为圆锥体，转移泡沫将天线罩预制体整个包起来)，通过超声辅助植入设备将石英纤维Z-pin构件植入天线罩预制体；
步骤4：致密化处理，将植入石英纤维Z-pin构件的天线罩预制体置于硅溶胶中浸渍，然后干燥处理，并重复浸渍和干燥处理2～4 次后脱模，进行致密化处理，形成天线罩毛坯；
步骤5：天线罩制备，将完成致密化处理的天线罩毛坯通过机加工至相应要求尺寸，完成天线罩制备。
所述步骤1中，石英纤维进行热处理时的温度为300～400℃，热处理的时间为2～4小时。该参数设计有效去除纤维表面浸润剂，提高后续界面结合强度。
所述步骤1中，石英纤维进行热处理时通入氧气，流量为 20～40ml/min，硅溶胶浸渍的硅溶胶密度为1.3～1.5g/cm3，浸渍时间为2～4小时，模具成型固化的温度为200～350℃，模具成型固化的时间为4～8小时，600～800℃的高温处理时间为5～10小时。
所述步骤2中，使得浸渍硅溶胶的石英纤维布有点湿，但有不至于太湿，为后续铺层做准备，预固化温度为150～200℃，预固化时间为3～6小时。
所述步骤3中，超声辅助植入设备将石英纤维Z-pin构件植入天线罩预制体时使用的超声植入频率为20～40KHz。这个频率刚好可以进行石英纤维Z-pin构件的有效植入，太低植入不完全，太高能耗高，没必要。
所述步骤4中，所述硅溶胶的密度为1.1～1.8g/cm3，浸渍过程中需不断振动硅溶胶，浸渍时间为8～12小时，干燥温度为100℃～200℃，干燥时间为5～12小时。上述参数设计使得硅溶胶有效的浸入坯料中。
所述步骤4中，脱模后，进行700～900℃的高温处理2～4 小时，完成致密化处理。进行上述高温处理后，可以提高整体结合强度。
所述步骤1中，石英纤维在马弗炉中进行热处理；模具成型固化后的600～800℃高温处理也在马弗炉内进行。
所述步骤3中，将石英纤维Z-pin构件全部植入天线罩预制体后关闭超声辅助植入设备，去除多余转移泡沫及多余石英纤维 Z-pin构件。
所述步骤2中，将通过硅溶胶浸渍的石英布沿芯模进行铺设，其中石英布铺设后的厚度为8mm。
本发明的有益效果为：
本发明通过石英纤维Z-pin构件植入方式提高了天线罩的层间性能，形成三维结构产品，另外，Z-pin构件植入方式操作简单，布置灵活(三维编织需要手工编织，Z-PIN只需要用超声波就能快速植入)，较传统三维预制件制备方式如编织、缝合的周期明细缩短(石英复合陶瓷罩常规需要制备编织体，使用这种本发明可以不做编织体而形成三维结构)，由20天缩减至2天，能够有效缩短天线罩制备周期，降低制备成本。
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：
本发明所设计的Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：Z-pin构件制备，将石英纤维置于马弗炉中，升温至350℃，保温3小时，处理过程中通入氧气，流量30ml/min，将处理后的石英纤维置于密度1.3g/cm3的硅溶胶溶液中浸渍2小时，取出置于模具中升温至220℃，固化5小时，然后放入马弗炉内，升温至800℃，保温时间5小时，完成石英纤维Z-pin构件制备，再通过Z-pin植入设备将石英纤维Z-pin构件植入转移泡沫；
步骤2：预制体制备，根据天线罩几何尺寸设计芯模，将平纹石英纤维布(结构简单，不易变形)裁剪至相应尺寸，置于密度1.3g/cm3 硅溶胶溶液中浸渍2小时，取出后沿天线罩芯模均匀铺设至8mm厚，将完成铺设的坯料置于马弗炉内升温至150℃，保温3小时，完成预固化；
步骤3：石英纤维Z-pin构件制备植入，调整超声植入设备频率为25KHz，将布满石英纤维Z-pin构件制的转移泡沫切割成天线罩坯料相符尺寸，将切割好的转移泡沫固定在天线罩预制体上，通过超声辅助植入设备将石英纤维Z-pin构件植入天线罩预制体，全部植入后关闭设备，去除多余载体泡沫及石英纤维Z-pin构件；
步骤4：致密化处理，将完成植入的天线罩预制体置于密度为 1.2g/cm3的硅溶胶，浸渍时间8小时，再将浸渍后的预制体置于烘箱内升温至150℃，保温5小时，重复上述浸渍、烘干3次后脱模，最后将脱模后的预制体置于马弗炉内升温至850℃，保温3小时，完成天线罩坯料致密化处理；
步骤5：天线罩制备，将制得的天线罩坯料按相应尺寸进行机加工，得到天线罩成品；
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 (5)

1.一种Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将石英纤维依次通过热处理，硅溶胶浸渍，模具成型固化，600～800℃的高温处理得到石英纤维Z-pin构件，通过Z-pin植入设备将石英纤维Z-pin构件植入转移泡沫；
步骤2：根据天线罩几何尺寸设计芯模，将通过硅溶胶浸渍的石英布沿芯模进行铺设，并进行预固化；
步骤3：将步骤1得到的植入了石英纤维Z-pin构件的转移泡沫切割成天线罩坯料相符尺寸，将切割好的转移泡沫固定在天线罩预制体上，通过超声辅助植入设备将石英纤维Z-pin构件植入天线罩预制体；
步骤4：将植入石英纤维Z-pin构件的天线罩预制体置于硅溶胶中浸渍，然后干燥处理，并重复浸渍和干燥处理2～4次后脱模，进行致密化处理，形成天线罩毛坯；
步骤5：将完成致密化处理的天线罩毛坯通过机加工至相应要求尺寸，完成天线罩制备；
所述步骤1中，石英纤维进行热处理时的温度为300～400℃，热处理的时间为2～4小时；
所述步骤1中，石英纤维进行热处理时通入氧气，流量为20～40ml/min，硅溶胶浸渍的硅溶胶密度为1.3～1.5g/cm3，浸渍时间为2～4小时，模具成型固化的温度为200～350℃，模具成型固化的时间为4～8小时，600～800℃的高温处理时间为5～10小时；
所述步骤2中，预固化温度为150～200℃，预固化时间为3～6小时；
所述步骤4中，所述硅溶胶的密度为1.1～1.8g/cm3，浸渍过程中需不断振动硅溶胶，浸渍时间为8～12小时，干燥温度为100℃～200℃，干燥时间为5～12小时；
所述步骤4中，脱模后，进行700～900℃的高温处理2～4小时，完成致密化处理。
2.根据权利要求1所述的Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，超声辅助植入设备将石英纤维Z-pin构件植入天线罩预制体时使用的超声植入频率为20～40KHz。
3.根据权利要求1所述的Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，其特征在于：步骤1中，石英纤维在马弗炉中进行热处理；模具成型固化后的600～800℃高温处理也在马弗炉内进行。
4.根据权利要求1所述的Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，将石英纤维Z-pin构件全部植入天线罩预制体后关闭超声辅助植入设备，去除多余转移泡沫及多余石英纤维Z-pin构件。
5.根据权利要求1所述的Z-pin增强石英复合陶瓷透波天线罩的制备方法，其特征在于：所述步骤2中将通过硅溶胶浸渍的石英布沿芯模进行铺设，其中石英布铺设后的厚度为8mm。
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