[发明专利]雷达天线罩/天线窗用复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种雷达天线罩/天线窗用SiO_2f/SiO₂复合材料及其制备方法，制备步骤包括：制备短切石英纤维改性的SiO_2f/SiO₂复合材料，将SiO_2f/SiO₂复合材料放入化学气相沉积炉，在真空条件下通入含有三卤化硼、NH₃和B(N(CH₃)₂)₃的先驱体气体，沉积即得到BN改性的SiO_2f/SiO₂复合材料。本发明制备得到的BN涂层力学性能好，介电性能优良，同时在天线罩/天线窗表面形成了压应力层，提高了雷达天线罩/天线窗的力学性能和抗热震性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高强、高耐温的雷达天线罩/天线窗用SiO_2f/SiO₂复合材料及其制备方法。

背景技术

雷达天线罩/天线窗设于高速飞行器头部或侧面，用于保护飞行器上的通信系统正常工作、保证信号传输的装备，一般要求用于雷达天线罩/天线窗的复合材料要求具有良好的力学性能、热学性能以及介电性能。随着飞行器速度的不断提升，高马赫数飞行器对雷达天线罩/天线窗的性能提出了更高的要求。目前，雷达天线罩/天线窗性能的提升主要从原材料的选用、结构的优化等方面来提升。陶瓷材料由于其高强、耐高温等性能，被视为雷达天线罩/天线窗的理想材料。特别是SiO_2f/SiO₂陶瓷基复合材料，作为航天热防护和透波复合材料领域中的一种，目前应用最为成熟、最广泛。

但是，SiO_2f/SiO₂陶瓷基复合材料也存在诸多缺点，如SiO_2f/SiO₂陶瓷基复合材料的基体由硅溶胶制作而成，为含有硅氧键无规则网络结构的多孔状结构，同时，基体的表面也存在大量的硅羟基，活性高，因此吸潮率高达5-10％，对复合材料的介电性能影响较大，而多孔状结构的基体密度较低，严重影响了复合材料的力学和烧蚀性能。此外，由于石英纤维耐温性较差，使得SiO_2f/SiO₂陶瓷基复合材料远未达到SiO₂颗粒的烧结温度，致使SiO_2f/SiO₂陶瓷基复合材料力学强度较差。因此，对SiO_2f/SiO₂陶瓷基复合材料改性使其符合高马赫飞行器的要求非常重要。

氮化硼(BN)作为氮化物一种重要的陶瓷，其有着优异的热稳定性和介电性能，分解温度高，且在很宽的温度范围内具有极好的热性能和电性能稳定性。在SiO_2f/SiO₂复合材料中引入BN基体可以在很大程度包覆SiO₂，减少基体表面硅羟基的含量，有效降低其吸潮率，同时提高了材料的整体强度，以满足高马赫数飞行器的要求。

SiO_2f/SiO₂复合材料中引入BN的方法主要有高温粉体烧结发和以硼氮烷为先驱体浸渍裂解(Precusor Infiltration and Pyrolysis，PIP)法，高温烧结发发展较早，但是对BN优异心梗的发挥有较多限制，而PIP法虽然有先驱体可设计性、良好的工艺性和可加工性等众多优点，但是对先驱体的合成技术依赖性大，设备复杂，且成本非常高。因此，有必要制备出性能更加优异的能够满足雷达天线罩/天线窗的SiO_2f/SiO₂复合材料。

发明内容