CN111592373B - 石英基复合材料、制备方法及其制备而成的天线罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石英基复合材料制备方法,包括以下步骤:步骤1、制备石英纤维增强的发泡材料;步骤2、在所述发泡材料的表面编织石英纤维预制体,得到织物A;步骤3、将所述织物A循环采用硅溶胶浸渍、干燥的方式,循环操作至恒重后,在氧化气氛下加热去除发泡材料并烧制毛坯;步骤4、向所述毛坯内填充气凝胶得石英纤维增强的石英基复合材料。利用非单层罩壁结构较为理想的实现了天线罩宽频带透过电磁波的目的。
Description
技术领域
本发明涉及天线罩,尤其涉及一种石英基复合材料、制备方法及其制备而成的天线罩。
背景技术
武器系统的天线外部一般增设天线罩,用以保护天线系统免受恶劣环境(风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等)的影响,使天线系统工作性能比较稳定、可靠,同时减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化,延长使用寿命。
现在,新型武器系统的宽频透波需求,要求其天线罩必须在较高的温度下进一步扩大电磁波透过复合材料波长范围,宽频带透过电磁波,但是,目前制备天线罩的材料多采用介电常数低、机械强度高的材料,如玻璃钢、环氧树脂、高分子聚合物等,结构上多为单壁结构,较难达到高透波要求。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种石英基复合材料、制备方法及其制备而成的天线罩,改进天线罩材料的制备工艺,提高材料的制备精度,利用非单层罩壁结构较为理想的实现了天线罩宽频带透过电磁波的目的。
根据本发明的一个方面,提供一种石英基复合材料制备方法,包括以下步骤:
步骤1、制备石英纤维增强的发泡材料;
步骤2、在所述发泡材料的表面编织石英纤维预制体,得到织物A;
步骤3、将所述织物A循环采用硅溶胶浸渍、干燥的方式,循环操作至恒重后,在氧化气氛下加热去除发泡材料并烧制毛坯;
步骤4、向所述毛坯内填充气凝胶得石英纤维增强的石英基复合材料。
进一步的,在石英纤维网胎预制体中浸入有机蜂窝材料或有机发泡材料,制备得到石英纤维增强的发泡材料。
进一步的,步骤3中:去除发泡材料的温度为:300℃-500℃;烧制毛坯的温度为700-900℃。
进一步的,去除发泡材料的时间为2-10h,烧制毛坯的时间为1.5-2.5h。
进一步的,所述硅溶胶中二氧化硅含量为20-50%,以重量计。
进一步的,步骤2中石英预制体的编织方式为2.5D编织、针刺、缝合或三维多向编织的一种或多种。
进一步的,步骤4中所述填充气凝胶的方法为:将所述毛坯浸渍正硅酸乙酯水溶胶,然后超临界干燥至形成气凝胶。
根据本发明的一个方面,提供一种石英基复合材料,通过上述石英基复合材料制备方法制备而成。
根据本发明的一个方面,提供一种天线罩,由上述石英基复合材料制备而成。
进一步的,述天线罩为耐高温的A夹层结构天线罩。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明以石英纤维增强的发泡材料为编织芯层,以立体编织的石英纤维预制体为表层,浸渍硅溶胶时发泡材料能够保护芯层,防止硅溶胶进入芯层,为后续填充气凝胶预留空间,且干燥后形成的二氧化硅,可作为基体增强复合材料的力学性能,热处理除掉发泡材料后填充气凝胶,得非单层结构的石英基复合材料,利用非单层罩壁结构较为理想的实现了天线罩宽频带透过电磁波的目的。
2、本发明表层以包覆二氧化硅的石英纤维预制体和芯层的石英纤维网胎预制体为基础烧结陶瓷,然后在芯层空隙内以及表层孔隙间填充气凝胶,表层的介电常数大于芯层的介电常数,电磁波在透过表层、芯层时能够产生折射,折射后能够增加电磁波透过复合材料波长范围,天线罩能够宽频带透过电磁波,并且耐温性能好,耐温长时间1200℃,短时间2500℃。
3、本发明A夹层结构天线罩,表层介电常数层为2.5-3.5,芯层介电常数1.2-1.5,改善现有单壁结构的介电常数低的缺点,提高天线罩的力学性能,并且电磁波透过天线罩时,可在罩壁产生折射,折射后能够增加电磁波透过天线罩的波长范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中:1、芯层,2、表层。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案,下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
由石英基复合材料制备而成的耐高温A夹层天线罩,如图1所示,该石英基复合材料由以下方法制备:
步骤1、在石英纤维网胎预制体中浸入有机蜂窝材料,如聚氨酯发泡材料,得到石英纤维增强的发泡材料。
步骤2、在所述发泡材料的表面编织石英纤维预制体,编织方式为2.5D编织、针刺、缝合或三维多向编织的一种或多种,得到织物A。
步骤3、将所述织物A循环采用硅溶胶浸渍、干燥的方式,浸渍时间为4h、循环操作8次至织物A为恒重为止,所述硅溶胶中二氧化硅含量为25%,以重量计;循环操作至恒重后,在氧化气氛下加热去除发泡材料并烧制毛坯,具体包括:
步骤3-1、去除发泡材料的温度为:320℃、时间为9h,以较低的温度将发泡的有机蜂窝材料缓慢烧除;
步骤3-2、烧制毛坯的温度为730℃,时间为2.3h。
步骤4、将所述毛坯浸渍正硅酸乙酯水溶胶,至石英纤维网胎预制体的空隙以及石英纤维预制体的孔隙间被完全浸渍,取出毛坯,超临界干燥至正硅酸乙酯水溶胶形成二氧化硅气凝胶,在芯层空隙内以及表层孔隙间填充气凝胶制备石英基复合材料。
本实施例以包覆二氧化硅的石英纤维预制体和石英纤维网胎预制体为基础烧结陶瓷,立体编织的石英纤维预制体为表层,石英纤维增强的发泡材料为芯层,浸渍硅溶胶,浸渍时发泡材料能够保护芯层,防止硅溶胶进入芯层,干燥后立体编织的石英纤维预制体表面包覆一层二氧化硅,以二氧化硅为基体,增强石英纤维预制体的力学性能;在氧化气氛下去除发泡材料得毛坯,氧化气氛:是指氧气充足,发泡材料完全燃烧,烧结过程中石英纤维预制体基本不发生形变,烧结前后的厚度相差不超过0.5mm,提高复合材料的制备精度,适应现代化武器的高科技精密制备。
表层烧结后存在孔隙,芯层的机蜂窝材料缓慢烧除后留有空隙。表层介电常数层为2.5-3.5;芯层介电常数为1.2-1.5,表层的介电常数大于芯层的介电常数,电磁波在透过表层、芯层时能够产生折射,折射后能够增加电磁波透过复合材料波长范围,该石英基复合材料耐温性能较好,温度800-1400℃下,可耐温时长为几十分钟至小时量级,温度2300-2700℃,可耐温时长为几十秒量级,具体见下表:
温度(℃) | 耐温时长(s) |
800 | 4500 |
1000 | 1200 |
1200 | 600 |
1400 | 300 |
2300 | 180 |
2500 | 96 |
2700 | 50 |
利用一体化的多层罩壁结构较为理想的实现了天线罩宽频带透过电磁波的目的。
实施例2:
由石英基复合材料制备而成的耐高温A夹层天线罩,该石英基复合材料由以下方法制备:
步骤1、在石英纤维网胎预制体中浸入有机发泡材料,得到石英纤维增强的发泡材料。
步骤2、在所述发泡材料的表面编织石英纤维预制体,编织方式为2.5D编织,得到织物A。
步骤3、将所述织物A循环采用硅溶胶浸渍、干燥的方式,浸渍时间为10h、循环操作6次至织物A为恒重为止,所述硅溶胶中二氧化硅含量为34%,以重量计;循环操作至恒重后,在氧化气氛下加热去除发泡材料并烧制毛坯,具体包括:
步骤3-1、去除发泡材料的温度为:400℃,时间为6h,以较低的温度将发泡的有机蜂窝材料缓慢烧除;
步骤3-2、烧制毛坯的温度为780℃,时间为2h,以包覆二氧化硅的石英纤维预制体和石英纤维网胎预制体为基础烧结陶瓷。
步骤4、将所述毛坯浸渍正硅酸乙酯水溶胶,至石英纤维网胎预制体的空隙以及石英纤维预制体的孔隙间被完全浸渍,经超临界干燥使正硅酸乙酯水溶胶形成二氧化硅气凝胶,并将所述毛坯表层加工至15mm,得石英纤维增强的石英基复合材料,其性能表征结果在允许误差范围内与实施例1相同。
实施例3:
由石英基复合材料制备而成的耐高温A夹层天线罩,该石英基复合材料由以下方法制备:
步骤1、在石英纤维网胎预制体中浸入有机发泡材料,得到石英纤维增强的发泡材料。
步骤2、在所述发泡材料的表面编织石英纤维预制体,得到织物A,编织方式为针刺。
步骤3、将所述织物A循环采用硅溶胶浸渍、干燥的方式,浸渍时间为18h、循环操作4次至织物A为恒重为止,所述硅溶胶中二氧化硅含量为46%,以重量计;循环操作至恒重后,在氧化气氛下加热去除发泡材料并烧制毛坯,具体包括:
步骤3-1、去除发泡材料的温度为:480℃,时间为3h,以较低的温度将发泡的有机蜂窝材料缓慢烧除;
步骤3-2、烧制毛坯的温度为870℃,时间为1.6h。
步骤4、将所述毛坯浸渍正硅酸乙酯水溶胶,至石英纤维网胎预制体的空隙以及石英纤维预制体的孔隙间被完全浸渍,超临界干燥至正硅酸乙酯水溶胶形成二氧化硅气凝胶,并将所述毛坯表层加工至26mm,得石英纤维增强的石英基复合材料,其性能表征结果在允许误差范围内与实施例1相同。
实施例4:
由石英基复合材料制备而成的耐高温A夹层天线罩,该石英基复合材料由以下方法制备:
步骤1、在石英纤维网胎预制体中浸入有机发泡材料,得到石英纤维增强的发泡材料。
步骤2、在所述发泡材料的表面编织石英纤维预制体,编织方式为2.5D编织、针刺、缝合或三维多向编织的一种或多种,得到织物A。
步骤3、将所述织物A循环采用硅溶胶浸渍、干燥的方式,浸渍时间为18h、循环操作4次至织物A为恒重为止,所述硅溶胶中二氧化硅含量为20%,以重量计;循环操作至恒重后,在氧化气氛下加热去除发泡材料并烧制毛坯,具体包括:
步骤3-1、去除发泡材料的温度为:300℃,时间为10h,以较低的温度将发泡的有机蜂窝材料缓慢烧除;
步骤3-2、烧制毛坯的温度为700℃,时间为2.5h。
步骤4、将所述毛坯浸渍正硅酸乙酯水溶胶,至石英纤维网胎预制体的空隙以及石英纤维预制体的孔隙间被完全浸渍,超临界干燥至正硅酸乙酯水溶胶形成二氧化硅气凝胶,并将所述毛坯表层加工至26mm,得石英纤维增强的石英基复合材料,该石英基复合材料耐温性能较好,温度800-1400℃下,可耐温时长为几十分钟至小时量级,温度2300-2700℃,可耐温时长为几十秒量级,其性能表征结果在允许误差范围内与实施例1相同。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (7)
1.石英基复合材料制备方法,其特征是,包括以下步骤:
步骤1、在石英纤维网胎预制体中浸入有机蜂窝材料或有机发泡材料,制备得到石英纤维增强的发泡材料;
步骤2、在所述发泡材料的表面编织石英纤维预制体,得到织物A;
步骤3、将所述织物A循环采用硅溶胶浸渍、干燥的方式,循环操作至恒重后,在氧化气氛下加热去除发泡材料并烧制毛坯,其中,去除发泡材料的温度为:300℃-500℃;烧制毛坯的温度为700-900℃;
步骤4、向所述毛坯内填充气凝胶得石英纤维增强的石英基复合材料,所述填充气凝胶的方法为:将所述毛坯浸渍正硅酸乙酯水溶胶,然后超临界干燥至形成气凝胶。
2.根据权利要求1所述的石英基复合材料制备方法,其特征是,去除发泡材料的时间为2-10h,烧制毛坯的时间为1.5-2.5h。
3.根据权利要求1所述的石英基复合材料制备方法,其特征是,所述硅溶胶中二氧化硅含量为20-50%,以重量计。
4.根据权利要求1所述的石英基复合材料制备方法,其特征是,步骤2中石英预制体的编织方式为2.5D编织、针刺、缝合或三维多向编织的一种或多种。
5.一种石英基复合材料,其特征是,由权利要求1-4任意一项所述的方法制备而成。
6.一种天线罩,其特征在于:由权利要求5所述的石英基复合材料制备而成。
7.根据权利要求6所述的一种天线罩,其特征在于:所述天线罩为耐高温的A夹层结构天线罩。
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