[學(xué)習(xí)]天線罩透波材料研究進(jìn)展ppt講座

1、天線罩透波材料研究進(jìn)展,天線罩簡述及應(yīng)用 天線罩材料性能要求 天線罩材料研究現(xiàn)狀 導(dǎo)彈天線罩制備工藝 透波材料發(fā)展趨勢,一、天線罩簡述及應(yīng)用,雷達(dá)導(dǎo)引頭天線罩是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和其它航天飛行器的重要部件，它位于飛行器最前端，為了保證各種飛行器的飛行速度，一般天線罩呈流線形狀，主要保護(hù)航天飛行器在惡劣環(huán)境條件下的通訊、遙測、制導(dǎo)、引爆等系統(tǒng)能正常工作，在運(yùn)載火箭、飛船、導(dǎo)彈等航天飛行器無線電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。,導(dǎo)彈天線罩,火箭天線罩,飛

2、機(jī)天線罩,二、天線罩材料性能要求,1、天線罩的使用環(huán)境 由于飛行器的飛行速度很快，在高馬赫數(shù)飛行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)在轉(zhuǎn)彎和變軌的過程中必須承受一定的力，而且還要求重量輕等，故對天線罩材料和結(jié)構(gòu)提出了很高的要求。此外，天線罩還要能夠接收發(fā)射來的電磁信號(hào)。,2、具體天線罩對材料有以下基本要求：（1）電氣性能：具有低的介電常數(shù)（ε≤10）和介電損耗（tgδ≤0.001），并且不隨溫度和頻率發(fā)生明顯的變化；（2

3、）熱性能：具有良好耐熱性能，低的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率，抗熱震；（3）力學(xué)性能：大的彈性模量，高斷裂強(qiáng)度和韌性，保證天線罩在飛行過程中由空氣動(dòng)力縱向和橫向加速度引起的機(jī)械應(yīng)力作用下不受損傷；（4）抗侵蝕性能：具有防雨蝕、防粒子（碎片）侵蝕的能力等；（5）其他性能：易于成型加工，低的密度以減輕重量。,三、天線罩材料研究現(xiàn)狀,1、有機(jī)透波材料 早期的飛機(jī)和導(dǎo)彈，由于飛行速度不高（≤3Ma），頭部由于氣動(dòng)加熱產(chǎn)生的溫度在300℃以下，天

4、線罩應(yīng)用環(huán)境相對比較溫和，因此采用有機(jī)物（玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料）制備的天線罩即可滿足使用要求。,優(yōu)點(diǎn)：具有介電性能優(yōu)異、可加工性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于樹脂基復(fù)合材料耐溫一般不超過300℃，因此很多研究工作集中在提高樹脂的耐高溫性能上。 缺點(diǎn)：樹脂的耐高溫性能畢竟很有限，改進(jìn)的余地也不大，不能滿足中高馬赫數(shù)飛行導(dǎo)彈的需要。,2、陶瓷透波材料,陶瓷材料能將室溫性能保持到相當(dāng)高的溫度，當(dāng)導(dǎo)彈飛行速度超過4Ma，傳統(tǒng)的樹脂基復(fù)合材料

5、已不能滿足要求時(shí)，陶瓷材料因其優(yōu)異的耐高溫性能成為高溫透波領(lǐng)域的主要候選材料。到目前為止，可作為高溫陶瓷天線罩材料候選材料的主要有石英、氧化鋁、氮化硼、氮化硅及以它們?yōu)橹饕M成的復(fù)相陶瓷。,各透波材料材料優(yōu)缺點(diǎn)比較,3、陶瓷基透波復(fù)合材料,,目前為止仍無一種介電性能、強(qiáng)度、燒蝕性能、抗雨蝕和抗熱沖擊等性能均十分理想的陶瓷材料，并且陶瓷材料普遍存在韌性差、可靠性不高的缺點(diǎn)，通過對各種陶瓷材料進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)各種增韌途徑、制備工藝路線并制備出

6、整體性能更為優(yōu)異的陶瓷基透波復(fù)合材料，以滿足現(xiàn)代天線罩對材料的要求。,（1）二氧化硅基透波復(fù)合材料高馬赫數(shù)短時(shí)間飛行可采用硅質(zhì)纖維增強(qiáng)二氧化硅基復(fù)合材料、含除碳劑的硅樹脂基復(fù)合材料或復(fù)相陶瓷, 中低馬赫數(shù)長時(shí)間飛行的必須選用不碳化的陶瓷基復(fù)合材料, 如織物增強(qiáng)磷酸鹽和二氧化硅基體等。經(jīng)纖維增強(qiáng)后的石英陶瓷材料天線罩在電性能方面不會(huì)受到影響, 材料的介電性能是穩(wěn)定的, 且強(qiáng)度比原來提高14%左右。除采用纖維增強(qiáng)石英陶瓷外, 還可采用

7、彌散顆粒增強(qiáng)來提高石英陶瓷天線罩的強(qiáng)度。,（2）磷酸鹽基透波復(fù)合材料磷酸鹽復(fù)合材料在航天透波材料領(lǐng)域獲得實(shí)際應(yīng)用的主要是硅質(zhì)纖維增強(qiáng)磷酸鋁、磷酸鉻及磷酸鉻鋁復(fù)合材料。一般按如下工藝制備磷酸鹽復(fù)合材料: 首先將纖維織物預(yù)處理, 然后用準(zhǔn)備好磷酸鹽真空浸漬, 最后在1~15MPa壓力, 150~200 ℃溫度下固化。制備過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題是確定合成磷酸鹽合適的摩爾比, 選擇合適的pH值對纖維進(jìn)行保護(hù)處理及降低固化溫度。,經(jīng)復(fù)合固化后的

8、磷酸鉻復(fù)合材料在1200 ℃以下其力學(xué)、物理性能保持良好, 電性能穩(wěn)定, 而磷酸鉻鋁基復(fù)合材料在1200~1500 ℃以下及磷酸鋁復(fù)合材料1500~1800 ℃以下均具有穩(wěn)定的性能。這類材料在巡航導(dǎo)彈、反導(dǎo)型、戰(zhàn)術(shù)型導(dǎo)彈及航天飛機(jī)上獲得了應(yīng)用。,（3）氮化物基透波復(fù)合材料 采用氮化硅與氮化硼兩種材料復(fù)合制備的氮化硅/氮化硼復(fù)合材料具有更穩(wěn)定的熱物理性能，低介電常數(shù)和更高的力學(xué)性能，完全能夠承受在高馬赫數(shù)飛行條件下對天線罩材料防熱、承

9、載、透波等要求。法國已成功采用氮化硅/氮化硼復(fù)合材料制備天線罩；俄羅斯采用氮化物基復(fù)合材料制備出了天線罩，現(xiàn)已達(dá)到實(shí)用化水平。,四、導(dǎo)彈天線罩制備工藝,導(dǎo)彈天線罩材料及構(gòu)件的制備工藝有許多種，其中從制備工藝的主要特點(diǎn)來看，陶瓷及其復(fù)合材料材料天線罩的制備工藝歸納起來主要有以下幾種：（1）反應(yīng)燒結(jié)（reaction bonding）工藝：利用起始原料形成骨架，在一定溫度下通過固相、液相和氣相之間相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)所增加的體積填充了骨

10、架中原來的氣孔，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了材料的致密化和規(guī)定組分的合成，研究的材料體系主要是Si粉氮化制備Si3N4基復(fù)合材料。,（2）熱壓燒結(jié)（hot press sintering）工藝：將粉末裝入腔模內(nèi)部，對粉體施加一定的壓力，同時(shí)加熱到正常燒結(jié)溫度進(jìn)行燒結(jié)。研究的材料體系有Si3N4，BN及Sialon等。（3）無壓燒結(jié)（pressureless sintering）工藝：制得一定形狀的陶瓷素坯，在正常的壓力下，加以適當(dāng)?shù)臒Y(jié)助劑，將陶瓷素坯

11、在高溫下進(jìn)行燒結(jié)。研究的材料體系較廣泛，此種工藝最大缺點(diǎn)是燒結(jié)助劑的存在通常會(huì)導(dǎo)致材料介電損耗增大或高溫力學(xué)性能下降。,（4）注漿成型（slip casting）工藝：將原料粉末配成料漿注入多孔模具中，泥漿中的水分被多孔模具吸收，形成一定厚度的均勻泥層，經(jīng)干燥后形成一定強(qiáng)度的坯體，隨后在高溫下燒結(jié)成陶瓷。該工藝最大的缺點(diǎn)是坯體在干燥和燒成過程中，體積收縮太大而易導(dǎo)致坯體開裂。 此外還有凝膠注模成型工藝、溶膠-凝膠工藝、先驅(qū)體

12、浸漬裂解工藝等,五、透波材料發(fā)展趨勢,(1) 隨著飛行器馬赫數(shù)的逐漸增大,氣動(dòng)燒蝕的問題越來越嚴(yán)重,為保證飛行器的系統(tǒng)能正常工作,對透波材料的隔熱性能有了更高的要求,而且材料的燒蝕量要控制在一定的范圍之內(nèi)，耐高溫的透波復(fù)合陶瓷將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。 (2)為提高飛行器的智能水平,作為飛行器眼睛的雷達(dá)材料的智能水平將是需要解決的問題,發(fā)展智能透波材料以及一些特殊功能的透波材料將有很好的前景。,(3) 高的制導(dǎo)精度和抗干擾能力將是各