一种耐高温频率选择透波结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温频率选择透波结构，所述耐高温频率选择透波结构由内至外依次包括透波层、修饰粘接层和频率选择层，所述透波层为连续纤维增强陶瓷基透波复合材料，所述修饰粘接层为低介电常数材料，所述频率选择层为具有周期结构图案的贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层。本发明专利技术的耐高温频率选择透波结构可以耐受700℃以上高温，具有较好的耐高温性能。本发明专利技术还提供了一种耐高温频率选择透波结构的制备方法，采用等离子喷涂工艺制备修饰粘结层，可以避免对基材的热损伤，使基材具有较高的强度保留率；采用激光加工工艺制备的频率选择层，尺寸精度可以优于20μm，具有较好的尺寸精度。

High temperature resistant frequency selective wave transmitting structure and preparation method thereof

The invention discloses a high frequency selection transparent structure, the high frequency selection transparent structure from the inside to the outside comprises a transparent layer, an adhesive layer and a modified frequency selective layer, the transparent layer for continuous fiber-reinforced ceramic wave transparent composites, the modified adhesive layer is low the dielectric constant of the material, the frequency selective layer is precious metal or precious metal conductor physical coating glass coating with periodic structure pattern. The high temperature resistant frequency selective wave transmitting structure of the invention can withstand high temperature above 700 DEG C and has better high-temperature resistance performance. The invention also provides a preparation method of high frequency selection transparent structure, using the modified adhesive layer of plasma spraying process, can avoid the thermal damage to the substrate, the substrate retention rate has high strength; the laser processing process of the preparation of frequency selective layer, the dimensional accuracy is better than 20 m has the better dimensional precision.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温频率选择透波结构及其制备方法
本专利技术主要涉及频率选择透波结构及其制备工艺，具体涉及一种耐高温频率选择透波结构及其制备方法。
技术介绍
透波材料以及结构（天线罩、天线窗、雷达罩等）是天线以及通讯系统的重要组成部分，它具有保护天线以及通讯系统、维持飞行器外形等重要作用，同时要满足天线以及通讯系统的透波功能要求，使之可以正常工作。随着天线以及通讯系统对全向透波、宽频段（或多频点）、选频透波、隐身等性能要求的提高，传统的透波材料及结构已经不能满足要求。频率选择表面是由大量的无源谐振单元组成的单屏或多屏周期性阵列结构，它由周期性排列的导体贴片单元或在导体屏上周期性排列的孔径单元构成。这种表面可以在单元谐振频率附近呈现全反射（贴片型）或全传输特性（孔径型），分别称为带阻或带通型频率选择表面。大量的理论以及实践证明，通过合理的结构设计，将频率选择表面技术应用于透波结构中，可实现电磁波的宽频段（或多频点）、大角度范围内的高透过率，同时利用频率选择表面的频选透波特性，还可用于隐身技术，如应用于雷达天线罩中以降低天线系统工作频段外的雷达散射截面。此外，随着通讯系统发射功率的提高以及飞行器飞行速度的增加，对具有耐高温能力的频率选择透波结构提出了新的需求。现有技术报道的频率选择表面主要通过印刷电路板工艺、光刻镀膜工艺以及丝网印刷工艺制备，选用的频率选择表面基材以及导电周期图案材料均不具备耐受400℃以上的能力。针对现有技术的不足，201410551086.7号中国专利提出了一种耐高温频率选择表面透波材料及其制备方法。该专利以多孔氮化硅陶瓷材料为基材，以耐高温导电陶瓷（TiB2或TiN）或耐高温金属（铂、钨或钼中的一种）为频率选择表面材料，从选用的材料体系看，具有较好的耐温能力，但也存在以下明显不足：1）采用的多孔氮化硅陶瓷材料具有力学性能差的缺点，同时采用的多孔氮化硅陶瓷材料的抗热震性能差，脆性大，容易在高低温交替环境下出现破裂问题，可靠性差；2）采用的TiB2或TiN导电陶瓷材料以及钨、钼金属材料高温抗氧化性能差，高温富氧环境下使用时会由于氧化出现严重的电性能下降问题，从而影响频率选择表面的透波性能。同时，该专利采用的透波材料为多层结构形式，较为复杂，而且不同层间通过磷酸二氢铝粘结剂粘接，具有层间强度低的问题。此外，该文献公开的技术方案并未采用相应的技术对多孔氮化硅基材表面进行处理，因此在多孔基材上制备的频率选择表面必然存在质量较差的缺点，周期图案的尺寸稳定性以及各周期单元的电性能均无法得到有效保证。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种耐高温频率选择透波结构及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种耐高温频率选择透波结构，所述耐高温频率选择透波结构为多层结构，由内至外依次包括透波层、修饰粘接层和频率选择层，所述透波层为连续纤维增强陶瓷基透波复合材料（其具有力学、电性能俱佳的优点，更为重要的是相对多孔氮化硅等单体陶瓷材料，由于连续纤维增韧相的引入，可以有效避免材料的脆性问题，提高了材料的可靠性）；所述修饰粘接层为低介电常数材料（修饰粘接层一方面可以对复合材料表面进行有效的修饰，从而在复合材料表面形成致密的修饰层，便于高质量频率选择层的制备，同时还可以为频率选择层提供烧结粘接层，从而提高频率选择层的附着力）；所述频率选择层为具有周期结构图案的贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层（两者均具有优异的高温抗氧化性能，可以确保其在高温富氧环境下应用过程的可靠性）。上述耐高温频率选择透波结构，优选的，所述连续纤维增强陶瓷基透波复合材料包括石英纤维增强石英复合材料、石英纤维增强氮化物复合材料、铝硅酸盐纤维增强氧化硅复合材料、铝硅酸盐纤维增强铝硅酸盐复合材料、铝硅酸盐纤维增强氧化铝复合材料、氧化铝纤维增强氧化硅复合材料、氧化铝纤维增强铝硅酸盐复合材料或氧化铝纤维增强氧化铝复合材料；所述石英纤维增强氮化物复合材料包括石英纤维增强氮化硼复合材料和/或石英纤维增强氮化硅复合材料；所述低介电常数材料包括硼硅酸盐玻璃、石英玻璃、锂铝硅（LAS）玻璃、莫来石、堇青石（MAS）或钡长石（BAS）等。优选的，所述贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层中采用的贵金属包括银、金、钯和铂中的一种或其中几种的合金。优选的，所述修饰粘结层的厚度为0.1mm～0.2mm；所述频率选择层中，贵金属物理镀层的厚度为0.5μm～5μm，贵金属玻璃导体涂层的厚度为20μm～50μm。本专利技术的上述技术方案是基于特定材料组成的多层结构（且特别优选为三层结构），通过采用上述的产品技术方案，在保证耐高温频率选择透波结构具有较好的力学性能、耐热震性能的同时，还具有较好的耐高温性能和抗氧化性能，同时还不会降低耐高温频率选择透波结构的电性能。基于一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述耐高温频率选择透波结构的制备方法，包括以下步骤：（1）根据耐温、力学以及透波性能要求确定透波层的材料，以所述透波层为基板，对所述基板进行喷砂粗化处理；（2）将低介电常数材料粉体通过喷雾工艺造粒后，采用等离子喷涂工艺将其喷涂在步骤（1）后得到的基板表面，形成修饰粘结层；（3）在经打磨光滑后的修饰粘结层表面制备贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层；（4）采用激光加工工艺，根据电性能设计要求在贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层表面刻蚀周期结构图案，制成频率选择层，即得到所述的耐高温频率选择透波结构。上述的制备方法，优选的，所述步骤（1）中，喷砂粗化处理采用的气压为3MPa～5MPa，喷砂距离为30mm～50mm，沙子粒径为50μm～100μm，喷砂时间为1min～3min。优选的，所述步骤（2）中，等离子喷涂工艺采用的Ar流量为20NL/min～40NL/min，H2流量为8NL/min～12NL/min；送粉气流Ar流量为2.5NL/min～3.2NL/min，送粉量为10%～30%，电流为500A～600A，功率为30kW～50kW，喷涂距离为100mm～150mm。优选的，所述步骤（3）中，贵金属物理镀层采用磁控溅射工艺制备，制备时采用的保护气氛为Ar气，溅射功率为80W～120W，气氛压强控制为0.5Pa～2Pa，溅射时间为5min～50min；贵金属玻璃导体涂层由贵金属玻璃浆料经过丝网印刷-烧结工艺制备而成，烧结时采用的峰值烧结温度为600℃～900℃，升温速度为20℃/min～30℃/min，烧结时间为10min～30min。优选的，所述步骤（3）中，贵金属玻璃浆料的制备方法，包括以下步骤：①将玻璃原料粉体混合均匀，在1200℃～1400℃下进行高温熔炼1h～3h，熔化后在去离子水中进行淬冷，得到玻璃材料；所述玻璃原料粉体包括以下质量百分数的各组分：CaO14～16wt%，BaO17～19wt%，B2O333～35wt%，Al2O315～17wt%，SiO214～16wt%；②将步骤①得到的玻璃材料以丙酮为球磨介质，按球料比为（2～3）：1、球磨转速为380r/min～450r/min进行球磨6h～12h，烘干，过200目～400目筛，得到玻璃粉；③将贵金属粉体与步骤②得到的玻璃粉按照（75～85）：（15～25）的质量比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温频率选择透波结构，所述耐高温频率选择透波结构由内至外依次包括透波层（1）、修饰粘接层（2）和频率选择层（3），其特征在于，所述透波层（1）为连续纤维增强陶瓷基透波复合材料，所述修饰粘接层（2）为低介电常数材料，所述频率选择层（3）为具有周期结构图案的贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温频率选择透波结构，所述耐高温频率选择透波结构由内至外依次包括透波层（1）、修饰粘接层（2）和频率选择层（3），其特征在于，所述透波层（1）为连续纤维增强陶瓷基透波复合材料，所述修饰粘接层（2）为低介电常数材料，所述频率选择层（3）为具有周期结构图案的贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层。2.根据权利要求1所述的耐高温频率选择透波结构，其特征在于，所述连续纤维增强陶瓷基透波复合材料包括石英纤维增强石英复合材料、石英纤维增强氮化物复合材料、铝硅酸盐纤维增强氧化硅复合材料、铝硅酸盐纤维增强铝硅酸盐复合材料、铝硅酸盐纤维增强氧化铝复合材料、氧化铝纤维增强氧化硅复合材料、氧化铝纤维增强铝硅酸盐复合材料或氧化铝纤维增强氧化铝复合材料；所述石英纤维增强氮化物复合材料包括石英纤维增强氮化硼复合材料和/或石英纤维增强氮化硅复合材料；所述低介电常数材料包括硼硅酸盐玻璃、石英玻璃、锂铝硅玻璃、莫来石、堇青石或钡长石。3.根据权利要求1所述的耐高温频率选择透波结构，其特征在于，所述贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层中采用的贵金属包括银、金、钯和铂中的一种或其中几种的合金。4.根据权利要求1所述的耐高温频率选择透波结构，其特征在于，所述修饰粘结层（2）的厚度为0.1mm～0.2mm；所述频率选择层（3）中，贵金属物理镀层的厚度为0.5μm～5μm，贵金属玻璃导体涂层的厚度为20μm～50μm。5.一种如权利要求1～4中任一项所述的耐高温频率选择透波结构的制备方法，包括以下步骤：（1）根据耐温、力学以及透波性能要求确定透波层的材料，以所述透波层为基板，对所述基板进行喷砂粗化处理；（2）将低介电常数材料粉体通过喷雾工艺造粒后，采用等离子喷涂工艺将其喷涂在步骤（1）后得到的基板表面，形成修饰粘结层；（3）在经打磨光滑后的修饰粘结层表面制备贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层；（4）采用激光加工工艺，根据电性能设计要求在贵金属物理镀层或贵金属玻璃导体涂层表面刻蚀周期结构图案，制成频率选择层，即得到所述的耐高温频率选择透波结构。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，喷砂粗化处理采用的气压为3MPa～5MPa，喷砂距离为30mm～50mm，沙子粒径为50μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海韬，郝璐，黄文质，王瑞，王秀芝，姜如，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43