專利名稱：天線罩涂層材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透波材料技術(shù)領(lǐng)域，屬于無機(jī)材料。
背景技術(shù)：
國外對透波材料的研究始于二十世紀(jì)五十年代，目前已開發(fā)了多種透波材料體系，取得了顯著進(jìn)展。主要分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。無機(jī)透波材料(陶瓷透波材料)歷經(jīng)了氧化鋁陶瓷——微晶玻璃陶瓷—石英陶瓷—氮化物陶瓷及石英纖維與石英或磷酸鹽復(fù)合材料的發(fā)展過程。下述表1為幾種天線罩材料的性能參數(shù)比較表。
表1、幾種天線罩材料的性能參數(shù)比較表

雷達(dá)導(dǎo)引頭天線罩位于各種航天飛行器的頭部，它是集透波、承載、防熱于一體的結(jié)構(gòu)-功能材料。隨著導(dǎo)彈馬赫數(shù)的增加，對該材料的要求也越來越高。據(jù)國外資料報道，當(dāng)馬赫數(shù)Ma＞6.5時，單一的陶瓷材料已經(jīng)不能滿足抗熱震性的要求，用陶瓷纖維復(fù)合是改變陶瓷脆性的有效途徑。
隨著導(dǎo)彈等飛行器馬赫數(shù)的增加，對天線罩材料技術(shù)越來越高的要求，希望材料的ε盡量降低，若要滿足使用要求，導(dǎo)熱系數(shù)不要太高，因此只有采用幾種材料復(fù)合才能滿足高馬赫數(shù)寬頻帶的要求。氮化硅具有很好的性能，但導(dǎo)熱系數(shù)太高，在高馬赫數(shù)條件下，天線罩內(nèi)部的溫度太高，所以找出性能復(fù)合要求的涂層材料顯得十分迫切，研制出一種厚度較大(大于0.2mm)且可控的涂層，一直是寬頻天線罩領(lǐng)域研制的難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種天線罩涂層材料，克服了單一氮化硅材料的缺陷，使材料整體具有較好的寬頻電性能，能夠滿足寬頻高馬赫數(shù)天線罩的要求；本發(fā)明同時提供了其簡單易行的制備方法。
本發(fā)明所述的天線罩涂層材料，由耐高溫陶瓷纖維布經(jīng)涂層漿料滲積處理后，再進(jìn)行模壓成型，最后經(jīng)固化而制成，其中，配制涂層漿料的質(zhì)量百分配比為粒徑為0.5～1um的α-氮化硅粗粉 10～35％粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉 0～5％磷酸二氫鋁溶液 55～90％。
其中納米氮化硅可提高結(jié)合強(qiáng)度。
耐高溫陶瓷纖維布可以為石英纖維布、高硅氧纖維布或氧化鋁纖維布中的一種。
耐高溫陶瓷纖維布最好情況可以是厚度為0.2～1mm，纖維布網(wǎng)孔為矩形網(wǎng)孔，網(wǎng)孔邊長為0.5～2mm。
磷酸二氫鋁溶液由氫氧化鋁和濃磷酸加熱反應(yīng)，加入去離子水直至成為澄清透明的溶液即可。
本發(fā)明所述的天線罩涂層材料簡單易行的制備方法如下首先制作涂層漿料和耐高溫陶瓷纖維布，將耐高溫陶瓷纖維布在涂層漿料中浸漬，使纖維布表面和纖維束間滲積漿料，然后模壓成型，最后經(jīng)熱壓固化處理得產(chǎn)品；其中，涂層漿料的制備如下；按照化學(xué)反應(yīng)制備磷酸二氫鋁溶液，與粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉和粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉研磨混合均勻即可。
熱壓固化的壓力控制為0.05～1MPa，溫度控制為300～500℃。
因為固化過程在90～120℃和200～250℃溫度時有較強(qiáng)烈的反應(yīng)，因此熱壓固化制度按照漿料的差熱分析結(jié)果如下控制為宜溫度(℃)升溫速度(℃/分鐘)室溫至90～120℃ 30～40℃/分鐘90～120℃ 保溫2小時90～120℃至200～250℃ 30～40℃/分鐘200～250℃ 保溫2小時200～250℃至固化溫度300～500℃ 40～50℃/分鐘化溫度300～500℃保溫2小時模壓成型的壓力控制為0.05～1Mpa。
為了增強(qiáng)結(jié)合性和解決了磷酸鹽對石英纖維的腐蝕降解問題，可以采用對耐高溫陶瓷纖維布在浸蘸涂層漿料前首先進(jìn)行涂覆預(yù)處理，涂覆液配制如下在無水乙醇和有機(jī)硅或聚四氟乙烯體積比為(1～2)∶1的溶液中，加入溶液重量5～10％的氮化硼，混勻即可。
耐高溫陶瓷纖維布經(jīng)過涂覆預(yù)處理后，最好經(jīng)過100～150℃溫度下的固化處理。
本發(fā)明天線罩涂層材料采用了復(fù)合材料，克服了單壁天線罩材料的缺陷，使材料整體具有較好的寬頻電性能，能夠滿足寬頻高馬赫數(shù)天線罩的要求，本發(fā)明涂層材料在1500～1800℃溫度下穩(wěn)定性能好，強(qiáng)度較高，高溫下抗彎強(qiáng)度高，可達(dá)40MPa以上，與基體的結(jié)合強(qiáng)度為5～15MPa，產(chǎn)品的介電性能優(yōu)良，10GHZ下，ε＝3～4，tgδ＝0.001，可在微波寬頻段條件下使用。并且，本發(fā)明涂層材料耐溫性能優(yōu)良，具有較高的抗燒蝕性能；材料具有一定的柔性，變形量可達(dá)5％，破壞時呈柔性斷裂。可根據(jù)耐高溫陶瓷纖維布的厚度控制涂層的厚度，制作方便，可以制成任意形狀，也可以實現(xiàn)多層模壓，即氮化硅基片和耐高溫陶瓷纖維布相間疊加模壓，氮化硅基片和耐高溫陶瓷纖維布間用涂層漿料粘結(jié)，增加緊密結(jié)合度。


圖1、本發(fā)明實施例流程框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例1首先將石英纖維布進(jìn)行涂覆預(yù)處理，將石英纖維布浸入浸漬液中20分鐘，再經(jīng)過150℃溫度下的固化處理后備用，其中浸漬液配制如下在無水乙醇和有機(jī)硅體積比為1∶1的混合液中，加入溶液重量6％的氮化硼，混勻即可。
石英纖維布的厚度為0.5mm，纖維布網(wǎng)孔為矩形網(wǎng)孔，網(wǎng)孔邊長為0.6mm。
按照磷酸二氫鋁的化學(xué)計量成分配料21g的Al(OH)3、100g的85％的H3PO4溶液，外加30g的去離子水，利用磁力攪拌器將Al(OH)3逐漸加入到H3PO4溶液中加熱反應(yīng)，加入去離子水，直至成為澄清透明的溶液得磷酸二氫鋁溶液。
將配好的磷酸二氫鋁溶液、粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉和粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉按照質(zhì)量比為86∶13∶1的比例混合，以氮化硅球做研磨介質(zhì)，在行星磨上球磨15分鐘得涂層漿料待用，此時，漿料的PH值為2.5。
將進(jìn)行過預(yù)處理的石英纖維布按需要的尺寸形狀裁剪好，在涂層漿料中預(yù)浸，使纖維表面和纖維束間滲積漿料，經(jīng)壓力為模壓成型，最后經(jīng)熱壓固化處理得產(chǎn)品。熱壓固化的壓力為0.07Mpa，固化溫度制度控制為溫度(℃) 升溫速度(℃/分鐘)室溫至95℃ 35℃/分鐘95℃ 保溫2小時95℃至220℃ 35℃/分鐘220℃ 保溫2小時220℃至400℃ 45℃/分鐘400℃ 保溫2小時。
實施例2本發(fā)明所述的天線罩涂層材料，由石英纖維布經(jīng)涂層漿料滲積處理后，再進(jìn)行模壓成型，最后經(jīng)固化而制成，其中，配制涂層漿料的質(zhì)量百分配比為粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉 23％粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉 2％磷酸二氫鋁溶液 75％。
其中，石英纖維布的厚度為0.8mm，纖維布網(wǎng)孔為矩形網(wǎng)孔，網(wǎng)孔邊長為0.5mm。
制備方法首先將石英纖維布進(jìn)行浸漬預(yù)處理，涂覆涂覆液后，再經(jīng)過120℃溫度下的固化處理，其中涂覆液配制如下在無水乙醇和有機(jī)硅體積比為1.2∶1的混合液中，加入溶液重量8％的氮化硼，混勻即可。
制作涂層漿料備用，按照化學(xué)反應(yīng)由氫氧化鋁和85％的分析純濃磷酸加熱反應(yīng)，加入去離子水直至成為澄清透明的溶液制得磷酸二氫鋁溶液，與粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉和粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉研磨混合均勻。
將備好的石英纖維布在涂層漿料中浸蘸，使纖維布表面和纖維束間滲積漿料，然后經(jīng)壓力為0.5MPa模壓成型，最后經(jīng)熱壓固化處理得產(chǎn)品，熱壓固化的壓力為0.5MPa，固化溫度制度控制為溫度(℃)升溫速度(℃/分鐘)室溫至100℃ 32℃/分鐘100℃ 保溫2小時100℃至20040℃/分鐘200℃ 保溫2小時200℃至固化溫度350℃ 50℃/分鐘固化溫度350℃ 保溫2小時。
實施例3本發(fā)明所述的天線罩涂層材料，由氧化鋁纖維布經(jīng)涂層漿料滲積處理后，再進(jìn)行模壓成型，最后經(jīng)固化而制成，其中，配制涂層漿料的質(zhì)量百分配比為粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉 15％粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉 3％磷酸二氫鋁溶液 82％。
其中，氧化鋁纖維布的厚度為0.7mm，纖維布網(wǎng)孔為矩形網(wǎng)孔，網(wǎng)孔邊長為0.7mm。
制備方法首先將氧化鋁纖維布進(jìn)行浸漬預(yù)處理，涂覆涂覆液后，再經(jīng)過140℃溫度下的固化處理，其中涂覆液配制如下在無水乙醇和有機(jī)硅體積比為1.8∶1的混合液中，加入溶液重量6％的氮化硼，混勻即可。
制作涂層漿料備用，按照化學(xué)反應(yīng)由氫氧化鋁和85％的分析純濃磷酸加熱反應(yīng)，加入去離子水直至成為澄清透明的溶液制得磷酸二氫鋁溶液，與粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉和粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉研磨混合均勻。
將備好的氧化鋁纖維布在涂層漿料中浸蘸，使纖維布表面和纖維束間滲積漿料，然后經(jīng)壓力為0.8MPa模壓成型，最后經(jīng)熱壓固化處理得產(chǎn)品，熱壓固化的壓力為0.2MPa，固化溫度制度控制為溫度(℃)升溫速度(℃/分鐘)室溫至115℃ 34℃/分鐘115℃ 保溫2小時115℃至240℃ 33℃/分鐘240℃ 保溫2小時240℃至固化溫度500℃ 46℃/分鐘固化溫度500℃ 保溫2小時。
實施例4本發(fā)明所述的天線罩涂層材料，由高硅氧纖維布經(jīng)涂層漿料滲積處理后，再進(jìn)行模壓成型，最后經(jīng)固化而制成，其中，配制涂層漿料的質(zhì)量百分配比為粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉 25％粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉5％磷酸二氫鋁溶液70％。
其中，高硅氧纖維布的厚度為0.2mm，纖維布網(wǎng)孔為矩形網(wǎng)孔，網(wǎng)孔邊長為1mm。
制備方法首先將高硅氧纖維布進(jìn)行浸漬預(yù)處理，涂覆涂覆液后，再經(jīng)過135℃溫度下的固化處理，其中涂覆液配制如下在無水乙醇和有機(jī)硅體積比為2∶1的混合液中，加入溶液重量9％的氮化硼，混勻即可。
制作涂層漿料備用，按照化學(xué)反應(yīng)由氫氧化鋁和85％的分析純濃磷酸加熱反應(yīng)，加入去離子水直至成為澄清透明的溶液制得磷酸二氫鋁溶液，與粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉和粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉研磨混合均勻。
將備好的高硅氧纖維布在涂層漿料中浸蘸，使纖維布表面和纖維束間滲積漿料，然后經(jīng)壓力為0.4MPa模壓成型，最后經(jīng)熱壓固化處理得產(chǎn)品，熱壓固化的壓力為0.6MPa，固化溫度制度控制為溫度(℃)升溫速度(℃/分鐘)室溫至98℃ 38℃/分鐘98℃保溫2小時98℃至225℃35℃/分鐘
225℃ 保溫2小時225℃至固化溫度450℃ 48℃/分鐘固化溫度450℃ 保溫2小時。
實施例5本發(fā)明所述的天線罩涂層材料，由氧化鋁纖維布經(jīng)涂層漿料滲積處理后，再進(jìn)行模壓成型，最后經(jīng)固化而制成，其中，配制涂層漿料的質(zhì)量百分配比為粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉10％磷酸二氫鋁溶液90％。
其中，氧化鋁纖維布的厚度為0.7mm，纖維布網(wǎng)孔為矩形網(wǎng)孔，網(wǎng)孔邊長為1.5mm。
制備方法首先將氧化鋁纖維布進(jìn)行浸漬預(yù)處理，涂覆涂覆液后，再經(jīng)過125℃溫度下的固化處理，其中涂覆液配制如下在無水乙醇和聚四氟乙烯體積比為1.3∶1的混合液中，加入溶液重量5.5％的氮化硼，混勻即可。
制作涂層漿料備用，按照化學(xué)反應(yīng)由氫氧化鋁和85％的分析純濃磷酸加熱反應(yīng)，加入去離子水直至成為澄清透明的溶液制得磷酸二氫鋁溶液，與粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉研磨混合均勻。
將備好的氧化鋁纖維布在涂層漿料中浸蘸，使纖維布表面和纖維束間滲積漿料，然后經(jīng)壓力為0.6MPa模壓成型，最后經(jīng)熱壓固化處理得產(chǎn)品，熱壓固化的壓力為0.4MPa，固化溫度制度控制為溫度(℃)升溫速度(℃/分鐘)室溫至105℃30～40℃/分鐘105℃保溫2小時105℃至220℃ 30～40℃/分鐘220℃保溫2小時220℃至固化溫度380℃ 40～50℃/分鐘固化溫度380℃ 保溫2小時。
實施例6本發(fā)明所述的天線罩涂層材料，由石英纖維布經(jīng)涂層漿料滲積處理后，再進(jìn)行模壓成型，最后經(jīng)固化而制成，其中，配制涂層漿料的質(zhì)量百分配比為粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉 18.5％
粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉 2.5％磷酸二氫鋁溶液 79％。
其中，石英纖維布的厚度為0.5mm，纖維布網(wǎng)孔為圓形網(wǎng)孔，孔徑為0.8mm。
制備方法首先將石英纖維布進(jìn)行浸漬預(yù)處理，涂覆涂覆液后，再經(jīng)過110℃溫度下的固化處理，其中涂覆液配制如下在無水乙醇和聚四氟乙烯體積比為1.6∶1的混合液中，加入溶液重量7％的氮化硼，混勻即可。
制作涂層漿料備用，按照化學(xué)反應(yīng)由氫氧化鋁和85％的分析純濃磷酸加熱反應(yīng)，加入去離子水直至成為澄清透明的溶液制得磷酸二氫鋁溶液，與粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉和粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉研磨混合均勻。
將備好的石英纖維布在涂層漿料中浸蘸，使纖維布表面和纖維束間滲積漿料，然后經(jīng)壓力為0.3MPa模壓成型，最后經(jīng)熱壓固化處理得產(chǎn)品，熱壓固化的壓力為0.3MPa，固化溫度制度控制為溫度(℃)升溫速度(℃/分鐘)室溫至100℃35℃/分鐘100℃保溫2小時100℃至20℃33℃/分鐘220℃保溫2小時220℃至固化溫度400℃ 43℃/分鐘固化溫度400℃ 保溫2小時。
權(quán)利要求
1.文件來源電子申請
2.收文日期2004-12-1
3.申請?zhí)?/b>
4.權(quán)利要求項權(quán)利要求1一種天線罩涂層材料，其特征在于由耐高溫陶瓷纖維布經(jīng)涂層漿料滲積處理后，再進(jìn)行模壓成型，最后經(jīng)固化而制成，其中，涂層漿料的配料質(zhì)量百分配比為粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉10～35％粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉0～5％磷酸二氫鋁溶液55～90％。權(quán)利要求2根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線罩涂層材料，其特征在于耐高溫陶瓷纖維布為石英纖維布、高硅氧纖維布或氧化鋁纖維布中的一種。權(quán)利要求3根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線罩涂層材料，其特征在于耐高溫陶瓷纖維布的厚度為0.2～1mm，纖維布網(wǎng)孔為矩形網(wǎng)孔，網(wǎng)孔邊長為0.5～2mm。權(quán)利要求4根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線罩涂層材料，其特征在于磷酸二氫鋁溶液由氫氧化鋁和濃磷酸加熱反應(yīng)，加入去離子水直至成為澄清透明的溶液即得。權(quán)利要求5根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線罩涂層材料的制備方法，其特征在于首先制作涂層漿料和耐高溫陶瓷纖維布，將耐高溫陶瓷纖維布在涂層漿料中浸蘸，使纖維布表面和纖維束間滲積漿料，然后模壓成型，最后經(jīng)熱壓固化處理得產(chǎn)品；其中，涂層漿料的制備如下按照化學(xué)反應(yīng)制備磷酸二氫鋁溶液，與粒徑為0.5～1μm的α-氮化硅粗粉和粒徑小于100nm的α-氮化硅納米粉研磨混合均勻即可。權(quán)利要求6根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線罩涂層材料的制備方法，其特征在于熱壓固化的壓力為0.05～1MPa，溫度為300～500℃。權(quán)利要求7根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線罩涂層材料的制備方法，其特征在于熱壓固化制度為溫度(℃) 升溫速度(℃/分鐘)室溫至90～120℃ 30～40℃/分鐘90～120℃ 保溫2小時90～120℃至200～250℃ 30～40℃/分鐘200～250℃保溫2小時200～250℃至固化溫度300～500℃40～50℃/分鐘固化溫度300～500℃保溫2小時。權(quán)利要求8根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線罩涂層材料的制備方法，其特征在于模壓成型的壓力為0.05～1MPa。權(quán)利要求9根據(jù)權(quán)利要求5、6、7或8所述的天線罩涂層材料的制備方法，其特征在于耐高溫陶瓷纖維布在浸漬涂層漿料前首先進(jìn)行涂覆預(yù)處理，涂覆液配制如下在無水乙醇和有機(jī)硅或聚四氟乙烯體積比為(1～2)∶1的溶液中，加入溶液重量5～10％的氮化硼，混勻即可。權(quán)利要求10根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線罩涂層材料的制備方法，其特征在于耐高溫陶瓷纖維布經(jīng)過涂覆預(yù)處理后，經(jīng)過100～150℃溫度下的固化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天線罩涂層材料，由耐高溫陶瓷纖維布經(jīng)涂層漿料滲積處理后，再進(jìn)行模壓成型，最后經(jīng)固化而制成，其中，涂層漿料的配料質(zhì)量百分配比為粒徑為0.5～1μm的α－氮化硅粗粉10～35％、粒徑小于100nm的α－氮化硅納米粉0～5％、磷酸二氫鋁溶液55～90％。本發(fā)明天線罩涂層材料采用了復(fù)合材料，克服了單壁天線罩材料的缺陷，使材料整體具有較好的寬頻電性能，能夠滿足寬頻高馬赫數(shù)天線罩的要求，可在微波寬頻段條件下使用，并且，本發(fā)明涂層材料耐溫性能優(yōu)良，具有較高的抗燒蝕性能；材料具有一定的柔性，變形量可達(dá)5％，破壞時呈柔性斷裂。本發(fā)明同時提供了簡單易行的制備方法。
文檔編號C04B35/80GK1613824SQ20041015549
公開日2005年5月11日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者張偉儒, 李伶, 陳達(dá)謙, 田柯, 劉建, 程之強(qiáng), 魏美玲 申請人:山東中材先進(jìn)材料股份有限公司