[發明專利]一種氮化硅基復合材料天線窗及其制備方法

有效

• 申請號: 201810592623.0
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108789770B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 劉強;葉楓;張海礁;張標;高曄
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B11/24;C04B35/584;C04B35/622;C04B35/634;B33Y10/00;B33Y70/10;B33Y40/20
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 閆冬;吳航

本發明提供了一種氮化硅基復合材料天線窗及其制備方法，根據天線窗的介電常數隨厚度的變化規律的要求，確定孔隙率隨厚度的變化規律，進而確定制備氮化硅基復合材料的陶瓷漿料固相含量隨厚度的變化規律；在3D打印過程中，根據陶瓷漿料固相含量隨厚度的變化規律，控制含有陶瓷相的第一漿料和水溶膠的加入質量，逐層打印，獲得陶瓷漿料凝膠塊，經低溫冷凍，真空冷凍干燥，燒結降溫后即可獲得具有介電梯度的氮化硅基復合材料，經加工制備成氮化硅基復合材料天線窗。本發明所述的氮化硅基復合材料天線窗一體化制備，消除界面應力，在使用中安全可靠，工藝簡單，能夠滿足不同寬頻透波的要求。

技術領域

本發明涉及天線窗制備技術領域，特別涉及一種氮化硅基復合材料天線窗及其制備方法。

背景技術

天線窗是保護高超音速飛行器通訊、遙測、制導等系統正常工作的關鍵部件，既要適應高速飛行過程中的氣動熱、氣動載荷等極端環境，還需要滿足飛行器控制回路所提出的苛刻的電氣性能要求，因此，必須同時滿足耐熱、承載、透波、抗熱沖擊等多種功能要求。近幾年，隨著高精度制導技術、頻率捷變技術與多模工作方式等先進技術的應用，要求天線窗具備寬頻透波特性，使制導控制中信號在寬波段范圍內具有更好的傳輸性。氮化硅基復合材料具有良好的抗燒蝕性能、高溫力學性能、高溫透波性能、抗熱沖擊等性能，在高超音速飛行器天線窗上具有巨大應用潛力，因此得到十分廣泛的研究，然而現有的技術還難以制備具有寬頻透波特性的氮化硅基天線窗。

對于氮化硅基透波材料，一般采用半波長的大小來設計天線窗，然而其只在設定的頻率范圍內具有良好的透波性能。為獲得寬頻透波特性，在兩個以上頻率范圍內具有良好的透波性能，可采用的方法主要有3種：一是采用低介電常數的氮化硅基透波材料制備成薄壁天線窗，其材料體系選擇受到限制，難以同時滿足天線窗結構強度及其它性能要求。二是進行夾層結構設計，使天線窗在兩個以上頻段具有較好的透波性能，但是由于不同層材料之間熱物理性能差別大，存在較大的界面應力，影響高速飛行器透波材料使用過程中的可靠性。三是采用介電梯度結構設計，介電梯度結構可通過材料成分、微觀結構等梯度獲得。與第一、二種方法相比，第三種方法得到的寬頻透波結構高溫可靠性明顯得到提高。已有的模擬計算表明：不同寬頻透波的要求可以通過透波材料介電常數的梯度變化形式的設計來實現。然而，還沒有一種簡單可控的制備方法能夠滿足具有不同介電常數梯度變化形式的氮化硅基透波材料的制備。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種氮化硅基復合材料天線窗的制備方法，以解決具有介電常數梯度變化形式的氮化硅基復合材料天線窗的制備難題。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種氮化硅基復合材料天線窗的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

步驟S1：根據氮化硅基復合材料天線窗的介電常數隨厚度的變化規律，確定孔隙率隨厚度的變化規律，進而確定制備氮化硅基復合材料中的陶瓷漿料固相含量隨厚度的變化規律；

步驟S2：在3D打印過程中，根據陶瓷漿料固相含量隨厚度的變化規律，控制含有陶瓷相的第一漿料和水溶膠的加入質量，逐層打印；

步驟S3：將步驟S2獲得的氮化硅基陶瓷漿料凝膠塊進行低溫冷凍，然后進行真空冷凍干燥，得到干燥陶瓷胚體；

步驟S4：將步驟S3中得到的陶瓷胚體經燒結，降溫后即可獲得具有介電梯度的氮化硅基復合材料，經加工制備成氮化硅基復合材料天線窗。

進一步的，步驟S2中，由

公式(4)計算水溶膠的加入質量，

由計算第一漿料的加入質量；