[發明專利]一種碳纖維復合材料管件內表面的過渡層及其制備方法

有效

• 申請號: 201811271753.0
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109501327B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 劉云彥;李家峰;靳宇;陳學成;李思振;白晶瑩;崔慶新;曹克寧;王景潤;楊鐵山;王旭光;李泊
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: B29C70/88
• 分類號: B29C70/88;C25D5/10;C23C28/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種碳纖維復合材料管件內表面的過渡層及其制備方法，高長徑比碳纖維復合材料管件內表面直接“轉移”金鍍層的過渡層設計方法，特別涉及一種應用于航天器星載碳纖維復合材料波導陣列天線、喇叭陣列天線內表面高精度金鍍層的制備方法，屬于表面工程技術領域，所述的碳纖維復合材料管件的長徑比不小于20。本發明中過渡層設計能夠實現碳纖維復合材料構型成型精度與金屬材料模具機械加工尺寸精度之間的差異控制在±5μm，可在任意長徑比、任意構型碳纖維復合材料波導、喇叭天線內表面直接轉移出金鍍層，金鍍層的外觀顏色均勻、結合力可承受?196℃～120℃高低溫沖擊100次。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維復合材料管件內表面的過渡層及其制備方法，高長徑比碳纖維復合材料管件內表面直接“轉移”金鍍層的過渡層設計方法，特別涉及一種應用于航天器星載碳纖維復合材料波導陣列天線、喇叭陣列天線內表面高精度金鍍層的制備方法，屬于表面工程技術領域，所述的碳纖維復合材料管件的長徑比不小于20。

背景技術

隨著航天器星載相控陣天線、SAR天線的發展，波導、喇叭天線等輻射陣列單元的數量大幅增加，導致天線的整體重量較大，難以滿足航天器輕量化要求。因此，采用密度更低的材料代替現有的金屬材料是實現波導、喇叭天線結構輕量化的有效途徑。

碳纖維復合材料具有密度低、熱膨脹系數低、比強度/比剛度高等優點，代替金屬材料作為波導、喇叭天線的結構材料時，能夠大幅降低其結構重量，滿足航天器輕量化需求。

航天器星載相控陣天線、SAR天線為滿足電磁波傳輸功能需求，對波導、喇叭天線內表面的導電性提出了較高的要求。碳纖維復合材料由于樹脂的存在，導致其表面電性能較差，無法滿足電磁波傳輸的功能要求，因此需在其內表面制備電性能優異的金屬膜層。

碳纖維復合材料由于表面化學活性較低，導致金屬膜層沉積過程中無法與基體材料之間形成有效的化學結合，因此在碳纖維復合材料表面制備金屬膜層的技術難度較大。另外，為實現電磁波傳輸的特定功能需求，波導、喇叭天線設計的內腔構型極為復雜，且尺寸精度較高，為典型的高長徑比高精度深腔復雜構型。采用常規的化學鍍、電鍍等工藝方法時，由于溶液循環性差、電力線屏蔽等因素導致金屬膜層連續性差、結合力差，難以滿足航天器型號研制的技術指標要求。更為重要的是，碳纖維復合材料波導、喇叭天線成型主要采用模具加壓的方式，由于內腔構型極為復雜，導致無法實現模具的脫模，因此碳纖維復合材料波導、喇叭天線成型也存在較大的技術難度。

為實現碳纖維復合材料波導、喇叭天線的高精度成型及內腔金屬化，“轉移法”是極為有效的解決方案?！稗D移法”將復合材料成型、表面工程等多個專業集成，具體實現方法為：在金屬材料芯模表面制備金屬膜層，在金屬膜層表面鋪層碳纖維復合材料，碳纖維復合材料加壓成型后采用化銑的方式去除金屬材料芯模，從而實現金屬膜層從金屬材料模具外表面向碳纖維復合材料構型內表面的轉移，進而實現了碳纖維復合材料波導、喇叭天線構型成型及內腔金屬化的一體制備。在“轉移法”中，為實現化銑過程中尺寸精度的補償、電磁傳輸功能以及特定區域的力學支撐等作用，金屬膜層過渡層的設計極為重要。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種碳纖維復合材料管件內表面的過渡層及其制備方法，該設計方法能夠實現碳纖維復合材料構型成型精度與金屬材料模具機械加工尺寸精度之間的差異控制在±5μm，可在任意長徑比、任意構型碳纖維復合材料波導、喇叭天線內表面直接轉移出金鍍層，金鍍層的外觀顏色均勻、結合力可承受-196℃～120℃高低溫沖擊100次，該設計方法通過浸鋅技術與電鍍鋅技術相結合，能夠補償金屬材料模具在前處理過程中去除的尺寸以及金屬材料中雜質元素對金鍍層外觀的影響，通過化學鍍厚鎳過渡層的設計，能夠實現復雜構型電力線屏蔽區域金屬膜層的沉積，通過對酸銅層進行噴砂處理，可以有效提高碳纖維復合材料與金屬膜層之間的結合力。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。