CN115611638A - 一种夹层结构天线罩及其制备方法和加工工装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种夹层结构天线罩的制备方法，所述天线罩包括三层结构、从内到外依次为内罩体、中间层、外罩体；所述中间层通过真空抽滤成型方法填充在内罩体和外罩体之间，本发明还公开了一种夹层结构天线罩和夹层结构天线罩加工工装。本发明通过采用真空抽滤成型的方法将中间层填充在内罩体和外罩体之间，制备方法简单，中间层厚度可控，功能可调，材料选择广泛、热处理后中间层和内外罩体间的粘接性较好，采用本发明方法制备的夹层结构天线罩，可以适用于长时间高温的工作环境。

Description

一种夹层结构天线罩及其制备方法和加工工装
技术领域
本发明涉及陶瓷天线罩制备技术领域，具体涉及一种夹层结构天线罩及其制备方法和加工工装。
背景技术
夹层结构是宽频带高透波天线罩的罩壁结构形式之一，主要有A夹层、B夹层和C夹层结构设计。A夹层由内外两层相对致密的高介电常数薄壁表层和低介电常数、低介电损耗的芯层(如多孔材料、泡沫、蜂窝材料等)组成；B夹层结构与A夹层结构相反，由低密度表层和高密度的芯层组成；C夹层由三层致密层和两层低密度芯层组成，C夹层结构制备工艺技术要求要远高于A、B夹层结构。
现有的夹层结构天线罩多以泡沫或蜂窝夹层(Nomex)材料作为芯层，进而在芯层内外铺设蒙皮形成天线罩。专利CN109638445 A《一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩及其制备方法》采用含硅芳炔树脂作为泡沫芯层，RTM工艺制备石英纤维增强含硅芳炔复合材料作为内外蒙皮，蒙皮厚度0.4～2mm，芯层厚度3～15mm；专利CN103647144 A《宽频段蜂窝夹层玻璃钢天线罩》公开了一种以玻璃布作为内外蒙皮，蜂窝板料做作为芯层的夹层结构天线罩，该夹层结构天线罩通过树脂胶将内外蒙皮与芯层粘合在一起；专利CN105922703A《一种薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法》介绍了在泡沫芯层表面铺放增强材料并浸渍树脂，由此制备内外蒙皮结构；上述三种天线罩都为树脂基材天线罩，树脂基材天线罩用于地面设备的研制和应用较为广泛，但其基本不涉及高温环境。
专利CN105172281A《一种长时间耐高温夹层结构透波罩》制备了一种三层结构透波罩，利用外层结构防热和抗烧蚀，中间层隔热，内层支撑与承载，实现了透波隔热一体化。外罩材料为石英、氮化物陶瓷以及纤维增强材料，中间层为石英陶瓷瓦、气凝胶等材料，内罩采用树脂及纤维增强复合材料，在内外罩体末端采用铆接、胶接或销钉的方式进行装配，虽然该专利在一定程度上解决了透波罩不能长时间耐高温的问题，但是在装配时采用胶接的装配方式牢固性较差，采用铆接或销钉的装配方式容易对内外罩体造成损伤。
专利CN110342913A《陶瓷基A型夹层透波天线罩的制备方法》通过将2.5D石英纤维布、反渗透膜、针刺织物、反渗透膜、2.5D石英纤维布依次铺叠缝合并反复浸渍的方式制备天线罩预制体，该发明制备的天线罩预制体中，由于添加有两层反渗透膜，可以有效阻止硅溶胶内的二氧化硅颗粒进入中间层，从而实现密度梯度，形成A型夹层结构，具有较优的隔热和透波效果，但是制备过程较为复杂、繁琐。
发明内容
为解决上述现有技术的弊端，本发明提供了一种夹层结构天线罩的制备方法，具体采用了如下技术方案：
所述天线罩包括三层结构、从内到外依次为内罩体、中间层、外罩体；
所述中间层通过真空抽滤成型方法填充在内罩体和外罩体之间。
进一步的，所述真空抽滤成型方法具体为：
将内罩体设于外罩体内，内罩体和外罩体之间留有填充间隙；
将中间层料浆持续浇注在填充间隙中，同时将中间层料浆中的水分通过内罩体和外罩体抽滤出，使得脱水后的中间层料浆沉积在填充间隙中，得到天线罩预制体；
将所述天线罩预制体进行干燥、热处理得到夹层结构天线罩。
进一步的，
所述中间层料浆为由第一陶瓷粉体、玻璃粉、水配制而成的悬浊液，所述悬浊液的固含量为35-55wt％,所述第一陶瓷粉体和玻璃粉的质量比为0-4:1。
进一步的，
所述玻璃粉为硅-铝-硼、硅-铝-碱金属、硅-铝-碱土金属中的一种或几种。
和/或
所述内罩体、外罩体的制备方法为：
将第二陶瓷粉体与烧结助剂、粘结剂混匀，通过冷等静压或注凝成型工艺制备；其中，所述第一陶瓷粉体、第二陶瓷粉体均为氧化铝、莫来石、石英、氮化硅陶中的一种或几种。
进一步的，
所述热处理温度为1050-1150℃、时间为15-60min；
和/或
所述填充间隙为3-10mm。
本发明还公开了一种夹层结构天线罩，采用上述任一所述的制备方法制备。
本发明还公开了一种夹层结构天线罩加工工装，包括容纳腔、密封端盖、固定架、储料槽，
所述容纳腔一端开口，用于容纳外罩体，所述固定架一端位于容纳腔内，用于将内罩体固定在外罩体内侧，内罩体和外罩体之间留有填充间隙；
所述储料槽位于容纳腔外侧，所述储料槽上连接有进料管；
所述密封端盖设于容纳腔开口端，所述密封端盖上设有注浆接口，所述进料管穿过注浆接口后与填充间隙连通；
所述容纳腔上设有第一抽滤孔，所述密封端盖上设有第二抽滤孔。
进一步的，所述储料槽内设有搅拌件；
和/或
所述密封盖上设有通孔，所述固定架另一端通过通孔延伸至容纳腔外侧，所述固定架位于容纳腔内的部分设有粘接块。
进一步的，
所述密封端盖上设有第一密封件和第二密封件，所述第一密封件与外罩体外壁接触，所述第二密封件与内罩体内壁接触。
进一步的，
还包括第一抽滤泵和第二抽滤泵，
所述外罩体、密封端盖、容纳腔之间围成第一抽滤空间，所述第一抽滤泵通过第一过滤孔与第一抽滤空间连接；
所述内罩体、密封端盖之间围成第二抽滤空间，所述第二抽滤泵通过第二抽滤孔与第二抽滤空间连接。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明通过采用真空抽滤成型的方法将中间层填充在内罩体和外罩体之间，制备方法简单，中间层厚度可控，功能可调，材料选择广泛。
本发明通过选择玻璃粉制备中间层料浆，当热处理时，玻璃粉熔融而浸润在内罩体外壁和外罩体内壁上，待玻璃粉固化后，可以实现中间层和内外罩体的有效粘接，粘接强度较优，同时玻璃粉还可以起到封孔作用，防止天线罩受潮进而影响天线罩性能。
本发明通过合理调配陶瓷外罩体、中间层和内罩体的选材，使天线罩在相对高温环境下(>400℃树脂基材)，各层能够处于良好的热匹配状态，达到长时耐高温的效果。
附图说明
图1为本发明一种实施例的夹层结构天线罩加工工装；
其中，1-容纳腔、2-密封端盖、21-第一密封件、22-第二密封件、3-固定架、31-粘接块、4-储料槽、41-进料管、42-搅拌件、5-外罩体、6-内罩体、7-第一真空泵、8-第二真空泵、9-填充间隙。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种夹层结构天线罩的制备方法，所述天线罩包括三层结构、从内到外依次为内罩体、中间层、外罩体；所述中间层通过真空抽滤成型方法填充在内罩体和外罩体之间。
具体的，本发明的夹层结构天线罩为B夹层结构天线罩，内罩体和外罩体优选为多孔陶瓷结构，通过真空抽滤成型的方法将中间层沉积在内罩体和外罩体之间而形成致密的芯层。中间层优选含有玻璃粉的材料，当对天线罩进行热处理成型时，玻璃粉可以熔融而粘附在内外罩体之间，当玻璃粉固化后可以形成粘接层，粘接强度较优，本发明通过采用真空抽滤成型的方法将中间层填充在内罩体和外罩体之间，制备方法简单，中间层厚度可控，功能可调，材料选择广泛。
在本发明的一种实施例中，所述真空抽滤成型方法具体为：
将内罩体设于外罩体内，内罩体和外罩体之间留有填充间隙，填充间隙可以为3-10mm(内罩体外壁和外罩体内部之间的距离)；
将中间层料浆持续浇注在填充间隙中，同时将中间层料浆中的水分通过内罩体和外罩体抽滤出，抽滤是的真空压力保持在-0.08Mpa以下，使得脱水后的中间层料浆沉积在填充间隙中，得到天线罩预制体，将所述天线罩预制体进行干燥、热处理得到夹层结构天线罩，所述热处理的温度为1050-1150℃,时间为15-60min。
当然填充间隙除了留有浇注料浆的浇注口外，其它开口处可以通过密封圈等密封件进行密封，内罩体内壁和外罩体外壁也需要设于密闭的空间内，以保证可以将中间层料浆中的水分透过内罩体和外罩体抽滤出。
在本发明的一种实施例中，所述内罩体、外罩体的制备方法为：
将第二陶瓷粉体与烧结助剂、粘结剂混匀，通过冷等静压或注凝成型工艺制备；所述烧结助剂和粘结剂可以根据选用的第二陶瓷粉体进行常规选取，此处不作限制，制备出的内外罩体为多孔结构，内罩体和外罩体按相同形线加工，壁厚3～5mm。
在本发明的一种较优的实施例中，所述中间层料浆为由第一陶瓷粉体、玻璃粉、水配制而成的悬浊液，其中所述悬浊液的固含量为35-55wt％,所述第一陶瓷粉体和玻璃粉的质量比为0-4:1，第一陶瓷粉和玻璃粉粉体筛分粒径不低于200目，通过选用玻璃粉，当热处理时，玻璃粉熔融而浸润在内罩体外壁和外罩体内壁上，待玻璃粉固化后，可以实现中间层和内外罩体的有效粘接，粘接强度较优，同时玻璃粉还可以起到封孔作用，防止天线罩受潮进而影响天线罩性能，同时玻璃粉还可以为天线罩提供高介电性能，使得中间层和外罩体之间形成介电梯度，满足B夹层天线罩的介电要求，满足天线罩通信功能。
进一步优选的，对热处理后的天线罩表层做进一步的封孔处理，例如喷涂防潮漆、或喷涂防潮漆后烧结成玻化层，通过两层的封孔处理(中间层选择玻璃粉+表层封孔)，可以使得夹层结构天线罩的防潮效果更优，现有技术的封孔处理(防潮层)通常只在表面进行封孔，为尽量不影响天线罩的性能，防潮层通常做的非常的薄，通常还是采用喷涂的方式，所以封孔效果难以做到理想状态，本发明通过两层封孔处理，大大提高了天线罩的防潮效果。
其中，所述第一陶瓷粉体、第二陶瓷粉体均为氧化铝、莫来石、石英、氮化硅陶瓷中的一种或几种。
进一步优选的，所述玻璃粉为硅-铝-硼、硅-铝-碱金属、硅-铝-碱土金属中的一种或几种。这几种玻璃粉的膨胀系数较低，尤其是硅-铝-锂(碱金属)的膨胀系数甚至是负值，在高温环境下，低膨胀玻璃粉不存在将外罩体涨裂的风险。
本发明还公开了一种天线罩，采用上述任一所述方法制备。
如图1所示，本发明还公开了一种夹层结构天线罩加工工装，包括容纳腔1、密封端盖2、固定架3、储料槽4，所述容纳腔1一端开口，用于容纳外罩体5，优选的，可以在容纳腔1上设置用于支撑外罩体5的支撑件；
所述固定架3一端位于容纳腔1内，用于将内罩体6固定在外罩体5内侧，当所述内外罩体为锥形时，外罩体5和内罩体6的开口方向朝向容纳腔1开口方向；
内罩体6和外罩体5之间留有填充间隙9，填充间隙9用于填充中间层；
所述储料槽4位于容纳腔1外侧，所述储料槽4上连接有进料管41；所述密封端盖2设于容纳腔1开口端，所述密封端盖2上设有注浆接口，所述进料管41穿过注浆接口后与填充间隙9连通，进料管41与注浆接口之间密封连接，储料槽4用于盛放中间层料浆，在本发明的一种较优的实施例中，储料槽4内设有搅拌件42，用于搅拌中间层料浆，进料管41上设有注浆阀；
所述容纳腔1上设有第一抽滤孔，所述密封端盖2上设有第二抽滤孔。
进一步的，所述密封端盖2上设有通孔，所述固定架3另一端通过通孔延伸至容纳腔1外侧，固定架3和通孔之间密封连接，所述固定架3位于容纳腔1内的部分设有粘接块31，所述粘接块31用于粘接内罩体6，具体的用于粘接内罩体6内壁，从而将内罩体6固定在外罩体5内，同时还使得内罩体6和外罩体5之间留有填充间隙9，当内罩体6较重时，固定架3位于容纳腔1外的部分还可以连接在固定件上，以保证可以稳定的固定内罩体6。
进一步的，所述密封端盖2上设有第一密封件21和第二密封件22，所述第一密封件21与外罩体5外壁接触，所述第二密封件22与内罩体6内壁接触，第一密封件21和第二密封件22用于将外罩体5和内罩体6之间的填充间隙9密封，例如密封端盖2可以为凹凸型密封圈。
进一步的，加工工装还包括第一抽滤泵7和第二抽滤泵8，所述外罩体5、密封端盖2、容纳腔1之间围成第一抽滤空间，所述第一抽滤泵7通过第一抽滤孔与第一抽滤空间连接；所述内罩体6、密封端盖2之间围成第二抽滤空间，所述第二抽滤泵8通过第二抽滤孔与第二抽滤空间连接，中间层料浆中的水分通过第一抽滤空间和第二抽滤空间抽滤出。
实施例1
将氮化硅粉体与烧结助剂、粘接剂混合均匀，通过冷等静压方式制备回转体(锥形)天线罩坯体，经氮气压力烧结后进行加工，得到(多孔氮化硅)外罩体5、内罩体6；
将外罩体5置于容纳腔1中，调节端面至水平位置，将内罩体6固定在固定架3上使其悬衬于外罩体5中，内罩体6和外罩体5之间留有填充间隙9，保持内罩体6和外罩体5的端面在同一水平位置，内罩体6和外罩体5的端面用凹凸型密封圈密封；
分别称取500gβ-Si3N4陶瓷粉体、500g硅-铝-碱金属玻璃粉体(两者过200目筛)和800g纯水于球磨罐中，混合1h，转移至储料槽4中，并预先将填充间隙9注满，保持注浆阀处于开启状态，然后开启第一真空泵7和第二真空泵8进行真空操作，随着纯水不断渗出，脱水后的中间层料浆在填充间隙内不断沉积至填充完全后结束操作；
将上述得到的夹层结构天线罩预制体置于烘箱内80℃干燥24h，转入氮气压力气氛炉内热处理，压力0.05MPa，温度1100℃，保温50min，确保玻璃粉熔融并浸润内罩体、外罩体，降温得到夹层结构天线罩。
实施例2
将氧化铝粉体与烧结助剂、粘接剂混合均匀，通过注凝成型方式制备回转体(锥形)天线罩坯体，经氮气压力烧结后进行加工，得到(多孔氧化铝)外罩体5、内罩体6；
将外罩体5置于容纳腔1中，调节端面至水平位置，将内罩体6固定在固定架3上使其悬衬于外罩体5中，内罩体6和外罩体5之间留有填充间隙9，保持内罩体6和外罩体5的端面在同一水平位置，内罩体6和外罩体5的端面用凹凸型密封圈密封；
分别称取1000g氧化铝陶瓷粉体、250g硅-铝-碱土金属玻璃粉体(两者过200目筛)和1200g纯水于球磨罐中，混合1h，转移至储料槽4中，并预先将填充间隙9注满，保持注浆阀处于开启状态，然后开启第一真空泵7和第二真空泵8进行真空操作，随着纯水不断渗出，脱水后的中间层料浆在填充间隙内不断沉积至填充完全后结束操作；
将上述得到的夹层结构天线罩预制体置于烘箱内85℃干燥20h，转入氮气压力气氛炉内热处理，压力0.05MPa，温度1150℃，保温15min，确保玻璃粉熔融并浸润内罩体、外罩体，降温得到夹层结构天线罩，对夹持结构天线罩进行表面封孔处理。
实施例3
将莫来石、石英混合粉体与烧结助剂、粘接剂混合均匀，通过冷等静压方式制备回转体(锥形)天线罩坯体，经氮气压力烧结后进行加工，得到外罩体5、内罩体6；
将外罩体5置于容纳腔1中，调节端面至水平位置，将内罩体6固定在固定架3上使其悬衬于外罩体5中，内罩体6和外罩体5之间留有填充间隙9，保持内罩体6和外罩体5的端面在同一水平位置，内罩体6和外罩体5的端面用凹凸型密封圈密封；
分别称取800g莫来石、石英混合粉体、400g硅-铝-硼玻璃粉体(两者过200目筛)和1500g纯水于球磨罐中，混合1h，转移至储料槽4中，并预先将填充间隙9注满，保持注浆阀处于开启状态，然后开启第一真空泵7和第二真空泵8进行真空操作，随着纯水不断渗出，脱水后的中间层料浆在填充间隙内不断沉积至填充完全后结束操作；
将上述得到的夹层结构天线罩预制体置于烘箱内90℃干燥18h，转入氮气压力气氛炉内热处理，压力0.05MPa，温度1050℃，保温60min，确保玻璃粉熔融并浸润内罩体、外罩体，降温得到夹层结构天线罩，对夹持结构天线罩进行表面封孔处理。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种夹层结构天线罩的制备方法，其特征在于：所述天线罩包括三层结构、从内到外依次为内罩体、中间层、外罩体；
所述中间层通过真空抽滤成型方法填充在内罩体和外罩体之间。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述真空抽滤成型方法具体为：
将内罩体设于外罩体内，内罩体和外罩体之间留有填充间隙；
将中间层料浆持续浇注在填充间隙中，同时将中间层料浆中的水分通过内罩体和外罩体抽滤出，使得脱水后的中间层料浆沉积在填充间隙中，得到天线罩预制体；
将所述天线罩预制体进行干燥、热处理得到夹层结构天线罩。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述中间层料浆为由第一陶瓷粉体、玻璃粉、水配制而成的悬浊液，所述悬浊液的固含量为35-55wt％,所述第一陶瓷粉体和玻璃粉的质量比为0-4:1。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
所述玻璃粉为硅-铝-硼、硅-铝-碱金属、硅-铝-碱土金属中的一种或几种；
和/或
所述内罩体、外罩体的制备方法为：
将第二陶瓷粉体与烧结助剂、粘结剂混匀，通过冷等静压或注凝成型工艺制备；其中，所述第一陶瓷粉体、第二陶瓷粉体均为氧化铝、莫来石、石英、氮化硅陶中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述热处理温度为1050-1150℃、时间为15-60min；
和/或
所述填充间隙为3-10mm。
6.一种夹层结构天线罩，其特征在于：采用权利要求1-5任一所述的制备方法制备。
7.一种夹层结构天线罩加工工装，其特征在于：
包括容纳腔、密封端盖、固定架、储料槽，
所述容纳腔一端开口，用于容纳外罩体，所述固定架一端位于容纳腔内，用于将内罩体固定在外罩体内侧，内罩体和外罩体之间留有填充间隙；
所述储料槽位于容纳腔外侧，所述储料槽上连接有进料管；
所述密封端盖设于容纳腔开口端，所述密封端盖上设有注浆接口，所述进料管穿过注浆接口后与填充间隙连通；
所述容纳腔上设有第一抽滤孔，所述密封端盖上设有第二抽滤孔。
8.根据权利要求7所述的加工工装，其特征在于：
所述储料槽内设有搅拌件；
和/或
所述密封端盖上设有通孔，所述固定架另一端通过通孔延伸至容纳腔外侧，所述固定架位于容纳腔内的部分设有粘接块。
9.根据权利要求7所述的加工工装，其特征在于：
所述密封端盖上设有第一密封件和第二密封件，所述第一密封件与外罩体外壁接触，所述第二密封件与内罩体内壁接触。
10.根据权利要求7所述的加工工装，其特征在于：
还包括第一抽滤泵和第二抽滤泵，
所述外罩体、密封端盖、容纳腔之间围成第一抽滤空间，所述第一抽滤泵通过第一抽滤孔与第一抽滤空间连接；
所述内罩体、密封端盖之间围成第二抽滤空间，所述第二抽滤泵通过第二抽滤孔与第二抽滤空间连接。
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