[發(fā)明專利]半無機化隔熱透波涂層材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310253219.8
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103396738A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 敖遼輝;曹峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: C09D183/16
• 分類號: C09D183/16;C09D7/12;C09D5/00;B05D3/00
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可用于電子、航天行業(yè)的天線、天線罩、透波罩的隔熱透波需求的涂層材料制備方法。

背景技術(shù)

高速飛行器在大氣層中高超聲速飛行時,受到空氣強烈的壓縮和摩擦,將大部分動能轉(zhuǎn)化為熱能,導(dǎo)致周圍的空氣溫度急劇升高,而且熱能迅速向飛行器表面?zhèn)鬟f。這種由于物體在大氣層中高速飛行而產(chǎn)生的加熱現(xiàn)象,稱為“氣動加熱”。隨著飛行馬赫數(shù)的增加,氣動加熱將越趨嚴(yán)重,駐點區(qū)的空氣溫度以馬赫數(shù)的平方成正比增加。當(dāng)超過200℃時,飛行器結(jié)構(gòu)材料的鋁合金及天線載體也無法承受這樣高的熱載荷。因此,必須采取防熱隔熱措施,以防止高溫條件下鋁合金結(jié)構(gòu)強度和剛度的損失,同時保證艙內(nèi)儀器設(shè)備正常工作,提高飛行可靠性。當(dāng)超音速飛行器以較高的馬赫數(shù)在大氣中飛行時,表面溫度將達(dá)到350℃～600℃。天線通過與天線罩與載體共形，甚至天線本身與載體共形，載體的熱傳導(dǎo)使天線本身溫度大量升高，天線受熱變形引起精度下降，導(dǎo)致天線電性能下降甚至失效，同時天線耐受幾百度的高溫，熱量很快傳到天線底部及高頻插座部分，造成后端的儀器設(shè)備失效。在這個溫度范圍內(nèi),有機涂層不能承受，會發(fā)生分解失去隔熱作用，同時分解會產(chǎn)生游離碳，使透波率劇烈下降;而傳統(tǒng)的低密度燒蝕隔熱材料由于在這個溫度范圍內(nèi)消融填料不能發(fā)揮作用,因此也沒有明顯的防熱隔熱效果，且燒蝕后形成游離碳影響天線罩的透波性能。為解決這個特定溫度區(qū)間的熱防護問題,必須尋求一種新的途徑。采用具備隔熱和透波性能的半無機化涂層無疑是解決這個問題的有效手段之一。

用含硅、碳、氮、硼元素的有機物作先驅(qū)體制造陶瓷材料是近十年來迅速發(fā)展起來的新型學(xué)科。它改變了傳統(tǒng)上僅以無機物作陶瓷原料的局面，并因有機產(chǎn)品的多品種性而使合成具有既定結(jié)構(gòu)和組成的新型陶瓷材料成為可能，同時也使高分子科學(xué)擴展了一個以陶瓷先驅(qū)體聚合物為研究對象的新領(lǐng)域。陶瓷先驅(qū)體材料是通過化學(xué)方法合成的一類有機聚合物，它可以在一定溫度范圍內(nèi)發(fā)生裂解，轉(zhuǎn)化為無定形或結(jié)晶體陶瓷。1975年矢島圣使等人利用聚碳硅炕(PCS)，成功地制備出SiC陶瓷纖維，開辟了有機先驅(qū)體向無機陶瓷轉(zhuǎn)化的新領(lǐng)域。

目前常用的隔熱透波涂層包括玻璃涂層、陶瓷涂層、耐高溫有機涂層等。玻璃涂層的優(yōu)點在于耐溫性好，容易滿足耐溫性要求，并且具有很好的透波性能，導(dǎo)熱系數(shù)也較低，具有較好的隔熱性能，但在制備玻璃涂層過程中，均需要對器件進(jìn)行高溫處理，溫度一般高于800℃，容易使天線罩基體發(fā)生分解，或使天線發(fā)生變形或其他不利影響。陶瓷涂層制作方法有先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法和化學(xué)氣相沉積法。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化(PIP)法是近些年發(fā)展起來的制備連續(xù)纖維增強陶瓷基復(fù)合材料(CFRCMCs)的新工藝,它的基本過程為:用先驅(qū)體溶液或熔液浸漬纖維預(yù)制件,在一定條件下干燥或固化,然后高溫裂解,重復(fù)浸漬—裂解過程數(shù)次即得纖維增強復(fù)合材料。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化(PIP)法制作涂層的工藝過程和制備連續(xù)纖維增強陶瓷基復(fù)合材料的工藝過程相似。但先驅(qū)體在陶瓷化過程中會有小分子氣體逸出，因此發(fā)生質(zhì)量損失而導(dǎo)致體積收縮，使得涂層中會產(chǎn)生孔隙和裂紋等缺陷，影響到涂層的完整性和結(jié)合強度。

化學(xué)氣相沉積法是傳統(tǒng)的制備薄膜的技術(shù)，其原理是利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過原子、分子間化學(xué)反應(yīng)，使得氣態(tài)前驅(qū)體中的某些成分分解，而在基體上形成薄膜。化學(xué)氣相沉積包括常壓化學(xué)氣相沉積、等離子體輔助化學(xué)沉積、激光輔助化學(xué)沉積、金屬有機化合物沉積等。但沉積的膜層厚度均較薄，不能實現(xiàn)隔熱要求。

傳統(tǒng)的玻璃涂層、陶瓷涂層制備溫度均高于800℃，高于800℃的制作溫度，會使有機罩體分解，使金屬天線變形。有機涂層工藝簡單，與罩體或金屬天線的結(jié)合強度高，透波性能好，但傳統(tǒng)的有機涂層一般耐溫低于400℃。同時有機涂層的共同特點是都含有大量碳元素，在高溫下分解產(chǎn)生游離碳，使透波率劇烈下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對目前陶瓷涂層、耐高溫有機涂層的不足，提出了一種兼顧陶瓷涂層和有機涂層的優(yōu)點的新涂層制備方法，以提高天線罩或天線耐外界高溫能力和保證工作的可靠性。用本發(fā)明制備的涂層具有優(yōu)良的透波性、隔熱性和耐熱性。