[學習]天線罩透波材料研究進展ppt講座

1、天線罩透波材料研究進展,天線罩簡述及應用 天線罩材料性能要求 天線罩材料研究現(xiàn)狀 導彈天線罩制備工藝 透波材料發(fā)展趨勢,一、天線罩簡述及應用,雷達導引頭天線罩是戰(zhàn)術導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，主要保護航天飛行器在惡劣環(huán)境條件下的通訊、遙測、制導、引爆等系統(tǒng)能正常工作，在運載火箭、飛船、導彈等航天飛行器無線電系統(tǒng)中得到廣泛應用。,導彈天線罩,火箭天線罩,飛

2、機天線罩,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)飛行過程中會產生大量的熱量，同時在轉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構提出了很高的要求。此外，天線罩還要能夠接收發(fā)射來的電磁信號。,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)和熱導率，抗熱震；（3）力學性能：大的彈性模量，高斷裂強度和韌性，保證天線罩在飛行過程中由空氣動力縱向和橫向加速度引起的機械應力作用下不受損傷；（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、有機透波材料 早期的飛機和導彈，由于飛行速度不高（≤3Ma），頭部由于氣動加熱產生的溫度在300℃以下，天

4、線罩應用環(huán)境相對比較溫和，因此采用有機物（玻璃纖維增強樹脂基復合材料）制備的天線罩即可滿足使用要求。,優(yōu)點：具有介電性能優(yōu)異、可加工性能好、成本低等優(yōu)點。由于樹脂基復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：樹脂的耐高溫性能畢竟很有限，改進的余地也不大，不能滿足中高馬赫數(shù)飛行導彈的需要。,2、陶瓷透波材料,陶瓷材料能將室溫性能保持到相當高的溫度，當導彈飛行速度超過4Ma，傳統(tǒng)的樹脂基復合材料

5、已不能滿足要求時，陶瓷材料因其優(yōu)異的耐高溫性能成為高溫透波領域的主要候選材料。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成的復相陶瓷。,各透波材料材料優(yōu)缺點比較,3、陶瓷基透波復合材料,,目前為止仍無一種介電性能、強度、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，通過對各種陶瓷材料進行優(yōu)化，設計各種增韌途徑、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）二氧化硅基透波復合材料高馬赫數(shù)短時間飛行可采用硅質纖維增強二氧化硅基復合材料、含除碳劑的硅樹脂基復合材料或復相陶瓷, 中低馬赫數(shù)長時間飛行的必須選用不碳化的陶瓷基復合材料, 如織物增強磷酸鹽和二氧化硅基體等。經纖維增強后的石英陶瓷材料天線罩在電性能方面不會受到影響, 材料的介電性能是穩(wěn)定的, 且強度比原來提高14%左右。除采用纖維增強石英陶瓷外, 還可采用

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

8、磷酸鉻復合材料在1200 ℃以下其力學、物理性能保持良好, 電性能穩(wěn)定, 而磷酸鉻鋁基復合材料在1200~1500 ℃以下及磷酸鋁復合材料1500~1800 ℃以下均具有穩(wěn)定的性能。這類材料在巡航導彈、反導型、戰(zhàn)術型導彈及航天飛機上獲得了應用。,（3）氮化物基透波復合材料 采用氮化硅與氮化硼兩種材料復合制備的氮化硅/氮化硼復合材料具有更穩(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/氮化硼復合材料制備天線罩；俄羅斯采用氮化物基復合材料制備出了天線罩，現(xiàn)已達到實用化水平。,四、導彈天線罩制備工藝,導彈天線罩材料及構件的制備工藝有許多種，其中從制備工藝的主要特點來看，陶瓷及其復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）反應燒結（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)生化學反應，反應所增加的體積填充了骨

10、架中原來的氣孔，同時實現(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基復合材料。,（2）熱壓燒結（hot press sintering）工藝：將粉末裝入腔模內部，對粉體施加一定的壓力，同時加熱到正常燒結溫度進行燒結。研究的材料體系有Si3N4，BN及Sialon等。（3）無壓燒結（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?shù)臒Y助劑，將陶瓷素坯

11、在高溫下進行燒結。研究的材料體系較廣泛，此種工藝最大缺點是燒結助劑的存在通常會導致材料介電損耗增大或高溫力學性能下降。,（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，經干燥后形成一定強度的坯體，隨后在高溫下燒結成陶瓷。該工藝最大的缺點是坯體在干燥和燒成過程中，體積收縮太大而易導致坯體開裂。 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,氣動燒蝕的問題越來越嚴重,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，耐高溫的透波復合陶瓷將是一個重要的發(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) 高的制導精度和抗干擾能力將是各