透波复合材料

《透波复合材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、透波复合材料1.引言利比亚战争中以美国为首的多国部队动用了大量先进的隐形战机和精确制导武器，如F16/F18.幻影2000、战斧式巡航导弹等，在短短几个小时内，就使得利比亚政府的通讯、交通、指挥等系统全部瘫痪。可见各类导弹在战场上发挥着重要的作用。作为重要的透波部件，天线罩位于导弹头部，多为锥形或半球形，它既是弹体的结构件，又是无线电寻的制导系统的重要组成部分［1］。在导弹飞行过程中，它既耍承受气动载荷、气动热等恶劣环境，又耍作为发射和接收电磁波的通道，保证信号的正常传输，从而使导弹顺利完成制导和引爆等任务［1］。此外，为

2、了减少导弹头部气动阻力，天线罩还必须具有合适的气动外形［1,2］o因此，天线罩能够保护导弹的制导、通讯、遥测、引爆等系统在恶为环境条件下正常工作，是一种集承载、导流、透波、防热、耐蚀等多功能为一体的结构/功能部件［3,4］o随着导弹飞行马赫数的不断提高，处于导弹气动力和气动热最大最高位置的天线罩需承受的温度和热冲击越来越高。新一代战术导弹的再入速度可高达几十个马赫，这使得导弹天线罩的工作环境H趋恶劣［5］。高温透波材料研究的滞后是制约导弹技术发展的瓶颈之一。因此，高马赫数导弹天线罩热透波材料必须具备良好的综合性能，归纳起来

3、，主耍有以下几点（1）力学性能优良。断裂强度和韧性高，可承受高马赫数导弹高速飞行时纵向过载和横向过载产生的剪力、弯矩和轴向力，口要具有一定的刚性，使其在受力时不易变形。（2）介电性能优异。介电常数£低，损耗角正切值小。通常情况下，在0.3〜300GHz频率范围内，天线罩材料的适宜介电常数£应小于4,损耗角正切在10・3数量级以下，这样才能获得较理想的透波性能和瞄准误差特性。（3）抗热震性和耐热性好。天线罩必须承受由于气动加热引起的剧烈热冲击和高温环境，高马赫数导弹天线罩更要能承受2000OC以上的高温。（4）经得起雨蚀、粒

4、子蚀、辐射等恶劣环境条件。（5）原料易得，易于加工，成本低廉等。相比于纯陶瓷材料，陶瓷基复合材料的最大优势在于很高的抗热冲击性能和结构可靠性，特别适用于高超声速再入的热力载荷环境。主要有两类：料综合性能，但后续研究和应用工作情况未见报道。国内从20世纪80年代末开始石英纤维增强二氧化硅复合材料研究工作，经过二十多年的发展，突破了石英纤维制备、高纯硅溶胶制备、增强织物结构设计、织物编织、循环浸渍复合、防潮处理等一系列材料研制和工程应用关键技术,针对不同需求，研制出穿刺结构、三向止交结构、浅弯交联结构等一系列具有优良力学、介电

5、、烧蚀和热物理等综合性能的热透波材料及构件，满足了广泛而重要的背景需求，材料体系也基本成熟，是目前国内高性能热透波材料的主要品种。磷酸盐复合材料20世纪50〜60年代，从低成本需求出发，前苏联、美国和西德开始硅质纤维织物增强磷酸盐复合材料研究，其中比较具有代表性的是前苏联研制的磷酸珞铝材料，可以170°C低温固化,1200°C高温使用[9]。国内从20世纪90年代末开始同类材料研究，突破了低温固化高温使用、介电性能调控等关键技术，采用模压工艺制备的材料获得了少量型号应用。磷酸盐类热透波材料具有明显的低成本优势，但与其它热透

6、波材料相比，其介电和力学综合性能较为普通，不适合苛刻环境使用。导弹天线罩等航天透波材料及构件的制备工艺有许多种，从制备工艺的主要特点和实际应用角度來看，主要有烧结法、溶胶一凝胶(Sol・gel)法、化学气相渗透(CVI)法和聚合物先驱体浸渍一裂解(PIP)法。此外，还有无机盐浸渍固化工艺、注凝成型工艺、注浆成型工艺、原位牛长法等。(1)烧结法烧结法主要用于高温下制备陶瓷透波材料或颗粒增强的陶瓷基透波材料。常用方法主要包括反应烧结法、气压烧结法、热压烧结法和热等静压烧结法等。然而，透波陶瓷材料大多是典型的离子和共价化合物，低

7、温烧结时难以致密化，并且由于烧结性能较差，导致其致密度和力学性能也较差，而且混料及烧结过程中的不确定因素更限制了其优异性能的发挥。因此，传统的烧结方法难以制备高质量的透波材料。(2)溶胶一凝胶(Sol-gel)^[11-13](3)化学气相渗透(CVI)法[13J5]化学气相渗透(Chemicalvaporinfiltration,CVI)法起源于60年代中期，是在化学气相沉积(Chemicalvapordeposition,CVD)法基础上发展起来的。其典型工艺过程是：将纤维预成型体置于CVI炉屮，源气通过扩散或由压力差

8、产生的定向流动输送至预成型体周围，然后向其内部扩散,气态先驱体在孔隙内发生化学反应并沉积，使孔隙壁的表面逐渐增厚。CVI工艺的主耍优点是：基体制备温度低，故纤维受损伤小，材料内部残余应力小；能制备硅化物、碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等多种陶瓷材料，并可实现微观尺度上的成分设计；在同一CVI反应室中，可