一种具有透波、隔热和承载性能的天线窗构件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有透波、隔热和承载性能的天线窗构件及其制备方法。所述天线窗构件包括刚性隔热瓦纤维骨架；弥散在所述刚性隔热瓦纤维骨架中的二氧化硅气凝胶弥散相；以及施加于所述天线窗构件的外侧的高发射率涂层。所述制备方法包括：提供骨架坯体；在骨架坯体上涂上高发射率涂层并烧结，得到烧结坯体；使烧结坯体复合二氧化硅气凝胶，得到气凝胶复合坯体；对气凝胶复合坯体进行加工，得到具有规定尺寸的天线窗构件。本发明专利技术所制得的天线窗构件的耐温性得到大幅提高，隔热效果好，透波率可达80％以上，拉伸强度可接近10MPa，半球全谱发射率不低于0.85，尤其适用于高速飞行器的天线窗。

An antenna window component with wave penetration, heat insulation and bearing performance and its preparation method

The invention relates to an antenna window member with wave penetration, heat insulation and bearing capacity and a preparation method. The antenna window component comprises a rigid heat insulation tile fiber skeleton, a silica aerogel dispersion phase diffused in the rigid heat insulation tile fiber skeleton, and a high emissivity coating applied on the outside side of the antenna window component. The preparation method comprises the following steps: providing the skeleton body; the skeleton body is coated with high emissivity coating and sintering, get the sintered body; the sintered body composite silica aerogel, obtained aerogel composite body; the processing of the aerogel composite body, has provided antenna window component size. The temperature resistance of the antenna window component made by the invention is greatly improved, the heat insulation effect is good, the transmission rate is above 80%, the tensile strength is close to 10MPa, and the full spectrum emission rate of hemisphere is not less than 0.85, which is especially suitable for the antenna window of high speed aircraft.

【技术实现步骤摘要】
一种具有透波、隔热和承载性能的天线窗构件及其制备方法
本专利技术涉及功能复合材料
，尤其涉及一种具有透波、隔热和承载性能的天线窗构件及其制备方法。
技术介绍
高速飞行器需要使用天线窗构件以实现电磁波的穿透，从而实现飞行轨迹精确控制。传统的天线窗构件的材料是一种多层复合材料，其中以酚醛树脂为外壳，纤维增强二氧化硅气凝胶为隔热层，相变材料为内层。所述多层复合材料的缺点是酚醛树脂外壳的耐温性不足；另一方面，二氧化硅气凝胶材料的介电常数大，导致天线窗构件的透波率不能满足使用要求。刚性隔热瓦主要由石英纤维骨架和硼硅酸盐粘接相组成，也可添加氧化铝纤维、硼硅酸铝纤维、莫来石纤维等以提高其高温尺寸稳定性及高温隔热效果。中国专利CN101691138A、CN102199042A、CN105272322A分别公布了不同种类的刚性隔热瓦配方及其制备方法。中国专利CN105502946A公布了一种高发射率涂层高发射率涂料配方及高发射率涂层制备方法。在高温服役工况下表面高发射率涂层可以将绝大部分的气动热流重新发射回背景空间，从而起到热防护效果。二氧化硅气凝胶具有较好的隔热效果和较低的介电常数，因此被用作透波隔热材料。但是纯气凝胶的力学强度极低，且介电损耗较大，因此需要将刚性隔热瓦和二氧化硅气凝胶进行复合。传统高速飞行器天线窗构件的缺点包括耐温性差(不耐高温)、密度高、强度低、透波率低等。随着技术的发展，高速飞行器的飞行速度越来越快、飞行里程越来越远，非常需要开发出更加耐高温、透波性能更好的天线窗构件材料，以满足先进高速飞行器对天线窗构件的透波、隔热、承载等性能的要求。专利技术内容本专利技术的目的是克服现有高速飞行器天线窗构件材料耐温性不足、透波率低、密度高、强度低等缺点，采用不同的技术方案来最终提供一种耐温性更高的、轻质的、表面强韧的、透波率高的天线窗构件及其制备方法，以供各种先进高速飞行器作为天线窗构件使用。为此，本专利技术通过如下技术方案来实现本专利技术的目的：1、一种天线窗构件，所述天线窗构件包括：刚性隔热瓦纤维骨架；弥散在所述刚性隔热瓦纤维骨架中的二氧化硅气凝胶弥散相；以及施加于所述天线窗构件的外侧的高发射率涂层。2、根据技术方案1所述的天线窗构件，所述天线窗构件具有外弧面、侧面、内弧面和平台部，所述外弧面位于所述天线窗构件外侧，所述侧面的上边缘与所述外弧面的周边相接，所述平台部与所述侧面的下边缘周边连接并向外展出，并且设置有至少两个沉孔。3、根据技术方案1或2所述的天线窗构件，所述刚性隔热瓦纤维骨架包含1质量％至5质量％的氧化硼粘接剂、50质量％至99质量％的第一纤维和0质量％至49质量％的第二纤维；所述第一纤维选自由玻璃纤维和石英纤维组成的组；所述第二纤维选自由硅酸铝、氧化锆、氮化硼纤维、钇铝石榴石纤维和氧化铝纤维组成的组；优选的是，所述第一纤维为石英纤维，所述第二纤维为氧化铝纤维。4、根据技术方案1至3中任一项所述的天线窗构件，所述高发射率涂层耐受大于或者等于1260℃的温度，并且半球全谱发射率大于或者等于0.85。5、根据技术方案1至4中任一项所述的天线窗构件，用于涂布形成所述高发射率涂层的所述高发射率涂料被涂布在所述天线窗构件的外侧优选被涂布在外弧面和/或侧面，并且至少一部分所述高发射率涂料渗入到所述刚性隔热瓦纤维骨架中，从而形成韧化的纤维增强陶瓷基复合材料涂层。6、根据技术方案1至5中任一项所述的天线窗构件，所述天线窗构件用于飞行器，尤其是用于高速飞行器。7、一种制备技术方案1至6中任一项所述的天线窗构件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)提供刚性隔热瓦纤维骨架坯体；(2)在所述刚性隔热瓦纤维骨架坯体的外侧涂上高发射率涂层并烧结，得到天线窗构件烧结坯体；(3)通过气凝胶复合工艺使所述天线窗构件烧结坯体复合二氧化硅气凝胶，得到天线窗构件气凝胶复合坯体；(4)对所述天线窗构件气凝胶复合坯体进行加工，得到具有规定尺寸的天线窗构件。8、根据技术方案7所述的方法，在步骤(2)之前，所述刚性隔热瓦纤维骨架坯体被加工成具有外弧面、侧面、内弧面、平台部和设置在平台部中的沉孔，并且在步骤(3)中复合二氧化硅气凝胶时，在沉孔中填充选自由环氧树脂、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯组成的组的保护材料；优选的是，所述刚性隔热瓦纤维骨架坯体被加工成在外弧面和侧面预留0.1mm至0.5mm的材料厚度，平台部被加工成具有10mm至30mm的厚度。9、根据技术方案8所述的方法，使用高发射率涂料涂覆形成所述高发射率涂层，并且所述高发射率涂料中的颗粒的D50为1至10微米；进一步优选的是，所述高发射率涂料的粘度为10至40×10-3Pa·s。10、根据技术方案8所述的方法，在步骤(3)之前，在所述沉孔的沉孔台阶处使用20质量％至49质量％的硅溶胶在600℃至800℃局部处理10分钟至120分钟，得到天线窗构件增强坯体。11、根据技术方案7至9中任一项所述的方法，步骤(2)中所述烧结的烧结温度为1100℃至1400℃，保温时间为10分钟至120分钟；优选的是，步骤(2)中所述烧结的烧结温度为1100℃至1300℃，保温时间为10分钟至90分钟；更优选的是，步骤(2)中所述烧结的烧结温度为1100℃至1250℃，保温时间为10分钟至60分钟。本专利技术的具有透波、隔热和承载性能的多功能一体化的天线窗构件及其制备方法，具有以下有益效果：1、本专利技术制备的复合材料天线窗构件比中低速飞行器天线窗构件耐温性大幅提高，中低速飞行器天线窗构件外表面为酚醛树脂，而本专利技术的天线窗构件主要基材为刚性陶瓷隔热瓦。2、本专利技术制备的复合材料天线窗构件比中低速飞行器天线窗构件的隔热效果更好，因此当高速飞行器的飞行速度提高或飞行里程增加时，所述天线窗构件可满足技术指标要求。3、本专利技术制备的复合材料天线窗构件比中低速飞行器天线窗构件的透波率大幅提高，中低速飞行器天线窗构件的透波率仅60至70％，而本专利技术天线窗构件的透波率≥80％。4、本专利技术的复合材料天线窗构件具有高强度，拉伸强度可达5至10兆帕。附图说明图1为根据本专利技术优选实施例的具有透波、隔热、承载性能的天线窗构件的制备工艺流程图。图2a为实施例7制得的天线窗构件的随炉样件的截面照片，图2b为根据实施例1制得的天线窗构件随炉样件的截面照片；从图中可以看出(韧化表面为箭头所指的右侧面)，实施例7表面韧化深度明显不如实施例1的表面韧化深度(右侧面颜色较深，并且深色层厚度比较大)。在实施例1中，高发射率涂料向纤维基体中深度渗透，涂层得到深度韧化，因此可以明显提高抗外力冲击能力。图3为根据本专利技术实施例1和实施例6制得的天线窗材料用石英灯管在350℃加热1000秒的背温变化曲线。其中，曲线a表示实际控温曲线，曲线b表示实施例6制得的天线窗构件材料的背温变化曲线，曲线c表示实施例1制得的天线窗材料的背温变化曲线。从图中可以看出，实施例1制得的天线窗构件材料的隔热性能在整个测试过程中都表现出明显优于实施例6所制得的天线窗材料。图4为中低速飞行器天线窗构件材料的结构示意图，其中11表示酚醛树脂外层、12表示纤维增强气凝胶隔热层、13表示低温相变材料热控层。图5为根据本专利技术的一个优选实施方式制得的具有透波、隔热、承载性能的天线窗构件材料加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线窗构件，其特征在于，所述天线窗构件包括：刚性隔热瓦纤维骨架；弥散在所述刚性隔热瓦纤维骨架中的二氧化硅气凝胶弥散相；以及施加于所述天线窗构件的外侧的高发射率涂层。

【技术特征摘要】
1.一种天线窗构件，其特征在于，所述天线窗构件包括：刚性隔热瓦纤维骨架；弥散在所述刚性隔热瓦纤维骨架中的二氧化硅气凝胶弥散相；以及施加于所述天线窗构件的外侧的高发射率涂层。2.根据权利要求1所述的天线窗构件，其特征在于，所述天线窗构件具有外弧面、侧面、内弧面和平台部，所述外弧面位于所述天线窗构件外侧，所述侧面的上边缘与所述外弧面的周边相接，所述平台部与所述侧面的下边缘周边连接并向外展出，并且设置有至少两个沉孔。3.根据权利要求1或2所述的天线窗构件，其特征在于：所述刚性隔热瓦纤维骨架包含1质量％至5质量％的氧化硼粘接剂、50质量％至99质量％的第一纤维和0质量％至49质量％的第二纤维；所述第一纤维选自由玻璃纤维和石英纤维组成的组；所述第二纤维选自由硅酸铝、氧化锆、氮化硼纤维、钇铝石榴石纤维和氧化铝纤维组成的组；优选的是，所述第一纤维为石英纤维，所述第二纤维为氧化铝纤维。4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线窗构件，其特征在于：所述高发射率涂层耐受大于或者等于1260℃的温度，并且半球全谱发射率大于或者等于0.85。5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线窗构件，其特征在于：用于涂布形成所述高发射率涂层的高发射率涂料被涂布在所述天线窗构件的外侧优选被涂布在外弧面和/或侧面，并且至少一部分所述高发射率涂料渗入到所述刚性隔热瓦纤维骨架中，从而形成韧化的纤维增强陶瓷基复合材料涂层。6.一种制备权利要求1至5中任一项所述的天线窗构件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)提供刚性隔热瓦纤维骨架坯体；(2)在所述刚性隔热瓦纤维骨架坯体...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁胜，吴宪，叶冉冉，刘斌，赵英民，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11