[发明专利]陶瓷基双层结构天线罩及其制备方法

说明书

本发明属于航天、航空运载器技术领域，具体涉及一种耐高温、宽频带双层结构天线罩及其制备方法。所述天线罩罩体是由芯层和表层组成的双层结构，所述芯层采用石英纤维增强石英复合材料，所述表层采用石英纤维增强氮化物-磷酸盐复合材料；所述芯层材料介电常数2.0～3.1，表层材料介电常数4.0～6.0；芯层、表层通过浸渍、烧成处理后套装在一起，加工成天线罩。该天线罩具有耐高温、力学性能良好和抗灾难性破坏等特点，在厘米波和毫米波范围内具有良好的透波率。

技术领域

本发明属于航天、航空运载器技术领域，具体涉及一种耐高温宽频带双层结构天线罩及其制备方法。

背景技术

导弹天线罩是保证雷达天线系统正常工作的一种关键部件，它既是弹体的组成部分，又是雷达制导系统的组成部分；既要承受导弹气动载荷、气动加热和飞行过程中的恶劣环境，又要满足导弹雷达系统对功率传输系数、瞄准误差和天线方向图畸变等性能的要求。随着航天、航空技术的发展，导弹天线罩已经向着耐高温、抗冲蚀以及宽频带、高透波率的方向发展。近几年，高性能陶瓷透波材料以它良好的介电性能、足够的强度和优异的耐高温性能逐渐在超音速、高超音速导弹天线罩中占据了绝对优势的地位。另外，反辐射导弹要求天线罩在宽频带范围内有高透波率。但目前国内耐高温、宽频带的天线罩尚未应用，宽频带的天线罩技术已经成为反辐射弹导引头研制过程中的瓶颈。

天线罩达到宽频带主要有两种结构：薄壁结构和夹层结构。

薄壁结构的天线罩壁厚一般为介质波长的1/10～1/20，为展宽频带，其厚度应在中心频率点的1/10波长甚至更薄，这种结构要求罩体具有极高的强度，如此薄的厚度难以满足罩体飞行的力学性能要求。

夹层结构的天线罩分为两层、三层、五层等多种夹层形式。双层天线罩芯层为低介电材料，表层为高介电材料。三层有A、B夹层两种结构：A夹层结构中间芯层为低介电的材料，表层为高介电材料；B夹层结构芯层为高介电材料，表层为低介电材料。五层结构中C夹层结构实际为两个A夹层结构的叠加。夹层天线罩的层数越多，制备工艺越复杂，每层壁厚公差的累积效应越明显，对罩体的电性能一致性影响越大。因此，最好是在层数最少的情况下满足罩体电性能的设计要求。但现有国外的双层结构主要采用化学气相沉积法制备，工艺周期长、材质较为单一，不适用于大尺寸天线罩的研制。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种耐高温、宽频带陶瓷基双层结构天线罩及其制备方法，且制备方法工艺简单、可制备大尺寸的天线罩。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐高温宽频带陶瓷基双层结构天线罩，所述天线罩罩体是由芯层和表层组成的双层结构，所述芯层采用石英纤维增强石英复合材料，所述表层采用石英纤维增强氮化物-磷酸盐复合材料；所述芯层材料介电常数2.0～3.1，表层材料介电常数4.0～6.0。

作为上述陶瓷基双层结构天线罩的优选方案：所述芯层材料以石英陶瓷为基体，以A型或B型或空心连续石英纤维为增强相，且芯层石英纤维预制体纤维体积分数为20％～50％；所述表层材料以氮化物-磷酸盐复相材料为基体，以A型或B型连续石英纤维为增强相，且表层石英纤维预制体纤维体积分数为30％～40％。

本发明还提供一种耐高温宽频带陶瓷基双层结构天线罩的制备方法，具体步骤如下：

(1)制备芯层材料

a、芯层石英纤维预制体的预处理：采用编织或穿刺工艺制备芯层石英纤维预制体；将芯层石英纤维预制体置于马弗炉中，去除表面的浸润剂，再在高纯硅溶胶溶液中浸泡6小时以上；

b、液相浸渍：将经过预处理后的石英纤维预制体置于真空罐中，抽真空至小于10Pa，然后吸入石英料浆，在真空下辅助振动-波动工艺成型，浸渍完成后进行干燥至恒重，在500-700℃烧成芯层坯体；

c、机械加工和清洗：将芯层坯体进行机械加工，然后将机械加工后的成品在蒸馏水或丙酮中清洗，干燥，得到芯层罩体。