一种利用钉孔配合方式的复合吸波材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种利用钉孔配合的方式的复合吸波材料及制备方法，钉孔配合结构周期性均匀地排布为整体吸波材料。钉包括圆头钉和六角钉，以及与台阶孔配合的沉头钉；孔包括通孔和盲孔，直孔和台阶孔。本发明专利技术钉孔配合方式的引入拓展了原本不具备吸波性能的透波型和反射型基板材料在吸波领域的应用，通过透波钉的引入，增强了吸波型的陶瓷基和树脂基复合材料的吸波性能；通过钉孔配合结方式的引入，拓宽了透波型和反射型的陶瓷基和树脂基复合材料在电磁吸波领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用钉孔配合方式的复合吸波材料及制备方法
本专利技术属于电磁吸波
，涉及一种利用钉孔配合方式的复合吸波材料及制备方法，具体涉及一种利用钉孔配合方式提高复合材料吸波性能的设计/成型方法。
技术介绍
纤维增强复合材料(如适用于低温的纤维增强树脂基复合材料和适用于高温的纤维增强陶瓷基复合材料)因具有高比强、高比模、高韧性等力学性能特点，被公认为飞机、导弹等飞行器表面蒙皮结构或航空发动机热端部件的优异候选材料。近年来，随着全方位探测技术的快速发展和各类电磁设备工作频带的拓宽，武器装备的雷达隐身(即吸波)问题亟待解决。纤维增强复合材料需兼具优异的吸波性能，以不断提升武器装备的生存能力和作战效能。在复合材料表面涂覆吸波涂层、对复合材料组分进行优化、将复合材料加工成特殊形状结构等是目前常用的提高复合材料吸波性能的方法，然而上述方法或不可避免增加材料厚度和质量、或一定程度增大材料组分控制难度，或不利于材料力学性能保持。因此，如何在不增加复合材料及其构件厚度、改变其组分、降低其力学性能等条件下，仅通过利用复合材料及其构件制造过程中的某一特定工艺环节，对该环节加以设计，即实现复合材料及其构件吸波性能的提升，是目前纤维增强复合材料
亟待突破的关键技术。飞行器表面蒙皮、航空发动机尾喷管调节片等构件需通过铆钉连接实现结构强度和刚度要求，因此开孔和上钉是上述构件制造过程中必不可少的工艺环节。由于孔和钉的尺寸(mm尺度)与雷达波的波长相近，因此孔和钉结构的引入也将一定程度影响上述构件与雷达波的交互作用，从而改变其吸波性能。目前有关研究报道很少，文献“李江海,孙秦,马玉娥.铆钉间距对二维SRAM蒙皮隐身性的影响分析.宇航学报,2005,26(1):90-93”报道了铆钉间距对蒙皮构件吸波性能的影响，除此之外未见有针对铆钉其他参数开展的研究，也未见有文献同时讨论开孔影响。由于研究因素单一、设计参数有限，因此吸波性能提升不足。若能进一步利用复合材料及其构件的铆钉连接过程，通过设计特殊的钉孔配合方式充分发挥钉和孔结构的协同作用，同时对钉和孔的尺寸及其分布、铆钉材料和蒙皮复合材料种类等重要参数进行优化设计，则有望在保证构件强度和刚度前提下，实现对其吸波性能的有效调控，为纤维增强复合材料吸波性能的优化提供新的途径。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种利用钉孔配合的方式的复合吸波材料及制备方法，通过优化设计钉和孔的形状、尺寸、深度、分布，以及铆钉材料和基板材料种类，提高纤维增强复合材料吸波性能的方法。技术方案一种利用钉孔配合的方式的复合吸波材料，其特征在于包括铆钉材料和基板材料；基板材料上周期性均匀地排布多个钉孔，钉孔上设有钉；所述钉孔为通孔或盲孔；所述钉孔为直孔或台阶孔；所述钉包括圆头钉或六角钉，以及与台阶孔配合的沉头钉；所述钉孔配合结构的周期p大于孔直径d，平板材料厚度h大于钉公称长度为l。所述铆钉材料和基板材料为具有不同电磁性能特征的树脂基复合材料和陶瓷基复合材料；所述不同电磁性能特征包括：电磁波透过型、电磁波吸收型或电磁波反射型。所述基板材料厚度为h＝3.0～15mm，钉孔的周期为p＝5.0～30mm，钉头深度为k＝0.0～5.0mm，钉公称长度为l＝3.0～15mm，直径为d＝2.0～10mm。所述圆头钉的钉头圆直径为a1＝3～20mm，六角钉的钉头正六边形外接圆直径为a2＝3.0～20mm。所述钉和基板材料上的孔的加工通过机械加工或激光加工的方法。所述树脂基复合材料的钉孔结构的连接方式是：采用液态先驱体交联固化的方法连接。所述陶瓷基复合材料的钉孔结构的连接方式是：采用聚合物浸渍裂解或化学气相沉积的方法连接。有益效果本专利技术提出的一种利用钉孔配合的方式的复合吸波材料及制备方法，钉孔配合结构周期性均匀地排布为整体吸波材料。钉包括圆头钉和六角钉，以及与台阶孔配合的沉头钉；孔包括通孔和盲孔，直孔和台阶孔。本专利技术钉孔配合方式的引入拓展了原本不具备吸波性能的透波型和反射型基板材料在吸波领域的应用，通过透波钉的引入，增强了吸波型的陶瓷基和树脂基复合材料的吸波性能；通过钉孔配合结方式的引入，拓宽了透波型和反射型的陶瓷基和树脂基复合材料在电磁吸波领域的应用。本专利技术具有如下突出优点：1.所述钉孔配合方式，不仅可满足复合材料连接补强的应用要求，还可实现复合材料吸波性能的有效提高；2.该钉孔配合方式在不增加基板材料厚度的条件下，提高材料的吸波性能；3.该钉孔配合方式，可对具有不同电磁性能特征的基板材料进行吸波性能优化，设计空间大；4.该钉孔配合方式，同时适用于低温树脂基复合材料和高温陶瓷基复合材料的吸波性能优化设计，应用范围广；5.该钉孔配合方式，拓展了原本不具备吸波性能的透波型和反射型基板材料在吸波领域的应用，进一步提高了吸波型基板材料的吸波性能；所述铆钉材料与基板材料具有好的热匹配性和物理化学形容性，所述连接工艺可以保证钉孔的有效粘接。附图说明图1为本专利技术的不同钉与不同孔的结构示意图；图2为本专利技术的钉孔配合结构示意图(俯视图)；图3无钉孔配合吸波型基板与钉孔配合结构1的反射损耗曲线图；图4无钉孔配合透波型基板与钉孔配合结构2的反射损耗曲线图；图5无钉孔配合反射型基板与钉孔配合结构3的反射损耗曲线图；图6无钉孔配合反射型基板与钉孔配合结构4的反射损耗曲线图；图7无钉孔配合吸波型基板与钉孔配合结构5的反射损耗曲线图；图8无钉孔配合透波型基板与钉孔配合结构6的反射损耗曲线图。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术所述采用钉孔配合方式提高材料吸波性能的方法，其特征在于，所述钉孔配合结构周期性均匀地排布为复合材料基板中，其中钉包括圆头钉、六角钉和与台阶孔配合的沉头钉；孔包括直孔和台阶孔，通孔和盲孔。所述具有均匀排布孔的基板厚度为h，孔的尺寸与相应钉的尺寸相互配合，钉孔的周期为p，钉头深度为k，钉公称长度为l，直径为d；圆头钉的钉头圆直径为a1，六角钉的钉头正六边形外接圆直径为a2。所述铆钉材料和基板材料均包括具有不同电磁性能特征(呈电磁波透过型、电磁波吸收型、电磁波反射型)的树脂基复合材料和陶瓷基复合材料，上述复合材料的增强体分别为具有不同电磁性能特征(呈电磁波透过型、电磁波吸收型、电磁波反射型)的SiC纤维，基体分别为透波型环氧树脂(EP)和Si3N4陶瓷，上述复合材料的电磁参数(10GHz)分别为：透波型SiCf/EP复合材料介电常数为4.8-0.25j，吸波型SiCf/EP复合材料介电常数为6.23-6.5j，反射型SiCf/EP复合材料介电常数为38-47j；透波型SiCf/Si3N4复合材料介电常数为6.0-0.27j，吸波型SiCf/Si3N4复合材料介电常数为8.5-6.5j，反射型SiCf/Si3N4复合材料介电常数为40-50j。所述铆钉的制备过程是：根据设计形状和尺寸等要求，采用机械加工手段将复合材料条形毛坯加工成铆钉，然后进一步致密化得到成品。孔的制备过程是：根据设计形状和尺寸等要求，采用机械加工或激光加工等手段在复合材料基板上加工孔。所述钉孔结构的连接方式是：对于树脂基复合材料，采用液态先驱体交联固化的方法连接；对于陶瓷基复合材料，采用聚合物浸渍裂解或化学气相沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用钉孔配合方式的复合吸波材料，其特征在于包括铆钉材料和基板材料；基板材料上周期性均匀地排布多个钉孔，钉孔上设有钉；所述钉孔为通孔或盲孔；所述钉孔为直孔或台阶孔；所述钉包括圆头钉或六角钉，以及与台阶孔配合的沉头钉；所述钉孔配合结构的周期p大于孔直径d，平板材料厚度h大于钉公称长度为l。

【技术特征摘要】
1.一种利用钉孔配合方式的复合吸波材料，其特征在于包括铆钉材料和基板材料；基板材料上周期性均匀地排布多个钉孔，钉孔上设有钉；所述钉孔为通孔或盲孔；所述钉孔为直孔或台阶孔；所述钉包括圆头钉或六角钉，以及与台阶孔配合的沉头钉；所述钉孔配合结构的周期p大于孔直径d，平板材料厚度h大于钉公称长度为l。2.根据权利要求1所述利用钉孔配合方式的复合吸波材料，其特征在于：所述铆钉材料和基板材料为具有不同电磁性能特征的树脂基复合材料和陶瓷基复合材料；所述不同电磁性能特征包括：电磁波透过型、电磁波吸收型或电磁波反射型。3.根据权利要求1所述任一项利用钉孔配合方式的复合吸波材料，其特征在于：所述基板材料厚度为h＝3.0～15mm，钉孔的周期为p＝5.0～30mm，钉头深度为k＝0.0～5.0mm，钉公称长...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶昉，殷小玮，周倩，刘永胜，成来飞，张立同，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61