[發明專利]一種具有FSS的纖維增強陶瓷基透波材料及制備方法

有效

• 申請號: 201811477220.8
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109678476B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 張劍;崔鳳單;于長清;呂毅;張天翔;趙英民;裴雨辰
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/80;C04B35/82;C04B35/622;C04B35/624
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本發明提供一種具有FSS的纖維增強陶瓷基透波材料及制備方法，由若干層纖維層增強，在若干層纖維層之間設置FSS結構，若干層纖維層在二氧化硅基體中平行分布。本發明實現了在纖維增強二氧化硅基陶瓷材料內部制備單層或多層FSS結構，FSS結構穩定，FSS結構在纖維增強二氧化硅基陶瓷材料的保護下環境適應性好，應用領域更廣泛，有利于技術的工程化應用。

技術領域

本發明涉及一種具有FSS的纖維增強陶瓷基透波材料及制備方法，屬于透波復合材料制備技術領域。

背景技術

天線罩、天線窗等透波構件既是飛行器主體結構的重要組成部分，又是天線以及通訊系統的重要組成部分,能夠保護天線系統不受高速飛行造成的惡劣氣動環境影響、正常進行信號傳輸工作,是一種集透波、防熱、承載和抗蝕等多功能于一體的部件。近年來，天線系統對全向透波、寬頻透波、選頻透波、隱身等性能要求的不斷提高，簡單的半波壁結構或夾層結構已很難滿足透波構件的電性能需求，構件的高性能需要通過更加復雜的電結構設計來實現。

頻率選擇表面(FSS)是由大量諧振單元組成的單屏或多屏周期性陣列結構，由周期性排列的金屬貼片單元或在金屬屏上周期性排列的孔徑單元構成。這種表面可以在單元諧振頻率附近呈現全反射(貼片型)或全傳輸特性(孔徑型)，分別稱為帶阻或帶通型FSS。FSS能夠對電磁波的通帶進行調整，有望讓天線罩(窗)實現全向透波、寬頻透波、選頻透波、隱身等功能。FSS透波材料即一種含有FSS結構的透波材料，可以改善或改變天線的電磁性能，該材料的研制將極大的提高現有天線罩、天線窗等透波構件的電磁性能，有望給透波材料領域帶來巨大的變革，在軍民兩用多功能透波構件領域具有廣闊的應用前景。

目前，航天、航空領域都在大力開展各種電磁窗口用FSS材料研究，部分采用FSS材料研制的隱身天線罩也已獲得工程應用。以中國專利201510222218.6、201610846579.2為典型工藝，現有技術報道的FSS通常以金屬銅、銀、鋁等作為諧振結構層，先通過光刻鍍膜工藝在聚酰亞胺等柔性膜上制備諧振結構，再通過柔性膜與復合材料的一體化成型制備FSS透波材料，而受樹脂膜與基材的限制，這一類FSS透波材料均不具備耐受600℃以上溫度的能力。隨著技術的發展，高速飛行、精準打擊、隱身突防已成為新一代飛航武器的基本需求。越來越快的巡航速度帶來了嚴酷的氣動環境，導致天線罩(窗)的長時使用溫度都在600℃以上，陶瓷基透波材料的應用需求日益增加，越來越多的需求指向了具有耐更高溫度等級的陶瓷基FSS透波材料。

中國專利20140551086.7提出了一種耐高溫FSS透波材料及其制備方法。該專利以多孔氮化硅陶瓷材料為基材，以耐高溫導電陶瓷或耐高溫金屬為FSS材料，采用磁控濺射鍍膜加激光刻蝕工藝或絲網印刷工藝在陶瓷基體表面直接制備了耐高溫的諧振結構，隨后將這種具有FSS結構的單層材料通過無機膠黏劑復合為具有多層FSS結構的耐高溫寬頻透波材料。但該技術存在以下明顯不足：1)作為基體的多孔氮化硅陶瓷材料抗熱震性能差，脆性大，使用可靠性差，難以勝任高狀態飛行器天線罩的使用要求；2)導電陶瓷以及耐高溫金屬高溫抗氧化性能差，高溫富氧環境下使用時會由于氧化出現導電性下降的問題，影響FSS的性能；3)文獻公開的技術方案并未對多孔氮化硅基材表面進行處理，多孔基材可能引起導電陶瓷或金屬漿料的毛細擴散，周期圖案的精度及電性能無法得到有效保證。

中國專利201610837457.7也提出了一種耐高溫頻率選擇透波結構及其制備方法。該專利以纖維增強陶瓷基透波復合材料為基材，先采用等離子噴涂工藝制備在基材表面制備一個修飾粘接層，再通過對修飾粘接層上的貴金屬物理鍍層或貴金屬漿料涂層進行激光加工得到FSS結構層。該技術的不足在于：1)制備工藝繁瑣，首先要通過噴砂、等離子噴涂、打磨等多道工藝制備修飾粘接層，還要通過激光加工工藝制備FSS結構層；2)引入了基材和金屬以外的新物質——修飾粘接層物質，增加了電結構設計的復雜性；3)FSS結構的制備過程依賴于等粒子噴涂、磁控濺射、激光加工等技術，對設備的依賴程度高，成本較高；4)僅能在復合材料表面制備FSS結構，FSS結構維護性能差、環境適應性差，不利于技術的工程化應用。