CN114455980A - 陶瓷天线罩复合材料及其成型方法 - Google Patents

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吴广力
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Abstract

本发明公开了一种陶瓷天线罩复合材料的成型方法，该方法包括如下步骤：1)制备玄武岩纤维预制件：采用连续玄武岩纤维编织缎纹布，将两层缎纹布、一层玄武岩纤维网格固定层和一层玄武岩纤维网胎制定为一个单元层进行铺层，再逐层针刺形成整体织物，然后采用缝合线贯穿缝合，形成玄武岩针刺预制件；2)浸渍成型；3)低温烧结；4)重复步骤2)和3)两次，形成陶瓷天线罩复合材料。本发明还公开了上述方法成型的陶瓷天线罩复合材料。本发明的玄武岩纤维预制件材料经过的硅溶胶的浸渍、烧结，得到材料不仅具有较好的透波性能，还具有较高的耐受温度，较好的力学、电学和热学性能，可替代树脂基透波材料，克服了树脂基透波材料中温环境下不能长期使用的缺点。

Description

陶瓷天线罩复合材料及其成型方法
技术领域
本发明属于航天用陶瓷基、透波复合陶瓷成型技术领域，具体涉及一种陶瓷天线罩复合材料及其成型方法。
背景技术
雷达天线罩置于弹体头部，在结构上起到保证弹体气动外型和天线系统免受外部环境影响的作用，在功能上需具有良好的电磁波透过性和隔热作用。其中石英纤维增强复合陶瓷材料具有优异的耐高温、高韧性、低介电的优异特点，目前在中近程导弹上广泛应用，也是目前技术稳定，应用最为成熟的天线罩陶瓷材料，高温至1000℃力学性能不下降；除此之外，天线罩用有机类物质主要包括聚氨脂、酚醛、聚酰亚胺、邻苯二甲腈等树脂基材料，使用温度在300～500℃的，但更高温度的使用范围，复合材料的热稳定性仍有待于研究与提升。
综上所述，对于使用温度在600℃左右的天线罩，市场上目前没有适合的天线罩材料，而随着武器型号的发展，目前对耐中温、透波复合材料需求逐渐增加。本发明提供了一种低成本玄武岩陶瓷成型方法，不仅能够解决耐中温、透波材料需求问题，而且制备方法简单、具有一定成本优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺方法简单、力学性能优异，使用温度在600℃左右的陶瓷天线罩复合材料。该陶瓷天线罩复合材料按照如下步骤成型得到：
1)玄武岩纤维预制件
采用连续玄武岩纤维编织缎纹布，将两层缎纹布、一层玄武岩纤维网格固定层和一层玄武岩纤维网胎制定为一个单元层进行铺层，再逐层针刺形成整体织物，然后采用缝合线贯穿缝合，最终形成玄武岩针刺预制件，所述缝合线由玄武岩纤维纱编织而成。
2)玄武岩针刺预制件液相浸渍成型
首先把玄武岩针刺预制件置于真空浸渍釜中，再使真空浸渍釜保持一定真空度后，关闭抽真空开关，打开真空浸渍釜硅溶胶吸入阀门，将预热硅溶胶吸入到真空浸渍釜，硅溶胶吸入量为预制件体积2倍时，停止注入硅溶胶，最后真空浸渍釜中保持恒定温度，直至硅溶胶凝胶。
3)玄武岩陶瓷低温烧结成型
将凝胶后的玄武岩针刺预制件首先在鼓风干燥箱中鼓风干燥，再通过低温热处理烧结成型。
4)再以步骤3)的烧结成型的产品代替玄武岩针刺预制件，重复步骤2)和3)两次，最终形成玄武岩纤维增强的陶瓷天线罩复合材料。
进一步地，所述步骤1)中，缎纹布面密度为420g/cm3，玄武岩网胎面密度为70±0.5g/cm3，玄武岩纤维纱线密度为22tex；所述缝合线每根由10股玄武岩纤维纱编织而成，缝合线之间的间距为5±0.5mm；所述玄武岩针刺预制件的体积密度为0.9-1.1g/cm3，纤维体积含量为35-45％。
进一步地，所述步骤2)中，真空浸渍釜中负压值要求在0.07-0.1MPa，硅溶胶预热温度和真空浸渍釜保温温度要求在70-90℃，硅溶胶固含量为40％，金属Na离子含量低于0.03％。
进一步地，所述步骤3)中鼓风干燥温度为150℃±20℃，保温2h；低温热处理烧结成型温度为600℃±50℃，保温2h。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，由于玄武岩纤维预制件材料经过了固含量为40％，金属Na离子含量低于0.03％的硅溶胶的浸渍，烧结得到的增强氧化硅复合陶瓷材料不仅具有较好的透波性能，还具有较高的耐受温度，因此可替代树脂基透波材料，克服了树脂基透波材料中温环境下不能长期使用的缺点，为天线罩提供新材料制备方法。
其二，采用本成型方法制备的玄武岩复合陶瓷材料力学(弯曲强度≥60MPa，室温)、电学(介电常数3.6±0.2，15-17GHz)及热学(导热系数≤0.85W/m·K，RT～300℃)性能优异。
其三，本玄武岩复合陶瓷成型工艺简单，原材料、复合、烧结工艺具有一定成本优势。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例
1)玄武岩纤维预制件
采用连续玄武岩纤维编织缎纹布，将两层面密度为420g/cm3的缎纹布、一层玄武岩纤维网格固定层和一层面密度为70±0.5g/cm3的玄武岩纤维网胎制定为一个单元层进行铺层，再逐层针刺形成整体织物，然后采用由10根密度为22tex的玄武岩纤维纱编织而成的缝合线贯穿缝合，最终形成玄武岩针刺预制件，其中，缝合线之间的间距为5±0.5mm，预制件的体积密度为0.9g/cm3，纤维体积含量为40％。
2)玄武岩针刺预制件液相浸渍成型
首先把玄武岩针刺预制件置于真空浸渍釜中，再使真空浸渍釜保持一定真空度后，关闭抽真空开关，打开真空浸渍釜硅溶胶吸入阀门，将预热的固含量为40％，金属Na离子含量低于0.03％的硅溶胶吸入到真空浸渍釜，硅溶胶吸入量为预制件体积2倍时，停止注入硅溶胶，最后真空浸渍釜中保持恒定温度，直至硅溶胶凝胶。其中，真空浸渍釜中负压值要求在0.07-0.1MPa，硅溶胶预热和真空浸渍釜保温都是在80℃进行。
3)玄武岩陶瓷低温烧结成型
将凝胶后的玄武岩针刺预制件首先在鼓风干燥箱鼓风干燥，再通过低温热处理烧结成型，其中鼓风干燥温度为150℃，保温2h；低温热处理烧结成型温度为600℃，保温2h。
4)再以步骤3)的烧结成型的产品代替玄武岩针刺预制件，重复步骤2)和3)两次，最终形成玄武岩纤维增强的陶瓷天线罩复合材料。

Claims (5)

1.一种陶瓷天线罩复合材料的成型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)制备玄武岩纤维预制件：
采用连续玄武岩纤维编织缎纹布，将两层缎纹布、一层玄武岩纤维网格固定层和一层玄武岩纤维网胎制定为一个单元层进行铺层，再逐层针刺形成整体织物，然后采用缝合线贯穿缝合，最终形成玄武岩针刺预制件，所述缝合线由玄武岩纤维纱编织而成；
2)玄武岩针刺预制件液相浸渍成型：
首先把玄武岩针刺预制件置于真空浸渍釜中，再使真空浸渍釜保持一定真空度后，关闭抽真空开关，打开真空浸渍釜硅溶胶吸入阀门，将预热硅溶胶吸入到真空浸渍釜，硅溶胶吸入量为预制件体积2倍时，停止注入硅溶胶，最后真空浸渍釜中保持恒定温度，直至硅溶胶凝胶；
3)玄武岩陶瓷低温烧结成型：
将凝胶后的玄武岩针刺预制件首先在鼓风干燥箱中鼓风干燥，再通过低温热处理烧结成型；
4)再以步骤3)的烧结成型的产品代替玄武岩针刺预制件，重复步骤2)和3)两次，最终形成玄武岩纤维增强的陶瓷天线罩复合材料。
2.根据权利要求1所述的陶瓷天线罩复合材料的成型方法，其特征在于，所述步骤1)中，缎纹布面密度为420g/cm3，玄武岩网胎面密度为70±0.5g/cm3，玄武岩纤维纱线密度为22tex；所述缝合线每根由10股玄武岩纤维纱编织而成，缝合线之间的间距为5±0.5mm；所述玄武岩针刺预制件的体积密度为0.9-1.1g/cm3，纤维体积含量为35-45％。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷天线罩复合材料的成型方法，其特征在于，所述步骤2)中，真空浸渍釜中负压值要求在0.07-0.1MPa，硅溶胶预热温度和真空浸渍釜保温温度要求在70-90℃，硅溶胶固含量为40％，金属Na离子含量低于0.03％。
4.根据权利要求1或2所述的陶瓷天线罩复合材料的成型方法，其特征在于，所述步骤3)中鼓风干燥温度为150℃±20℃，保温2h；低温热处理烧结成型温度为600℃±50℃，保温2h。
5.权利要求1至4任一项所述的方法成型的陶瓷天线罩复合材料。
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