一种兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道及其制备方法。从内而外由雷达隐身与红外隐身兼容区涂层、陶瓷涂层、吸波承载一体化层、电磁屏蔽层、陶瓷涂层和低发射率红外隐身涂层组成。雷达隐身与红外隐身兼容区涂层具有周期性图案，是由贵金属和SiO2粘结而成；陶瓷涂层由玻璃层或莫来石层构成；吸波承载一体化层由纤维增强耐高温陶瓷基吸波复合材料构成；电磁屏蔽层由高电导率的碳纤维或碳化硅纤维构成；红外隐身区涂层由低发射率贵金属镀膜构成。该耐高温进气道具有工作温度高、可设计性强，同时兼容雷达隐身与红外隐身等优点，可解决高超声速飞行器进气道在剧烈气动加热条件下的雷达隐身和红外隐身问题。

A high temperature intake port and its preparation method compatible with radar stealth and infrared stealth

The invention discloses a high temperature intake port compatible with radar stealth and infrared stealth and a preparation method. From inside to outside, it is composed of radar stealth and infrared stealth compatible coating, ceramic coating, absorbing and loading integrated layer, electromagnetic shielding layer, ceramic coating and low emissivity infrared stealth coating. Radar stealth coating area with periodic patterns and infrared stealth, is made of precious metals and SiO2 are bonded by glass or ceramic coating layer; mullite; absorbing capacity integrated layer made of fiber reinforced high temperature ceramic matrix composed of absorbing composite materials; electromagnetic shielding layer is composed of carbon fiber and silicon carbide fiber with high conductivity the area; infrared stealth coatings consisting of low emissivity coating of precious metal. The high temperature inlet has the advantages of high working temperature, strong design, and compatible with radar stealth and infrared stealth. It can solve the problem of radar stealth and infrared stealth of hypersonic vehicle inlet under severe aerodynamic heating conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道及其制备方法
本专利技术属于高超声速飞行器隐身
，具体涉及一种兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道及其制备方法。
技术介绍
超声速飞行条件下(Ma2以上)产生的剧烈气动加热会导致高超声速飞行器进气道的环境温度超过600℃，最高可达800℃，红外辐射异常突出。由于进气道是高超声速飞行器前向最主要的雷达散射源与红外辐射源，因此，迫切需要发展兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道以提高飞行器的隐身性能。兼容雷达隐身与红外隐身的难点在于两者之间存在设计矛盾：中国专利《一种兼容雷达和红外隐身织物及其制备和应用》(授权号：CN103710991B)中公开了一种兼容雷达和红外隐身织物及其制备方法，其不足之处在于，雷达隐身涂层红外发射率偏高，不能满足进气道对红外隐身的应用需求；中国专利《在涂有雷达吸波层物体表面加涂红外隐身涂层的方法》(授权号：CN103980806B)中公开了一种雷达吸波层物体表面加涂红外隐身涂层的方法，其不足之处在于，由于红外隐身涂层具有雷达波高反射特性，使其雷达隐身性能变差，不能满足进气道对雷达隐身的应用需求；中国专利《雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法》(授权号：CN102179968B)中公开了一种兼容雷达和红外隐身织物及其制备方法，该方法可初步实现雷达和红外隐身的兼容，其不足之处在于，该雷达与红外兼容隐身材料采用树脂基复合材料，不能耐受超声速飞行器的高温条件，所公开的制备技术不适用于耐高温进气道。综上可知，目前针对兼容雷达隐身与红外隐身的研究主要集中在平板材料级，而部件级原理样件对电磁波的散射特性与平板材料存在本质不同。
技术实现思路
针对上述不足和应用需求，本专利技术公开了一种兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道。根据进气道不同部位对雷达隐身和红外隐身的贡献程度，对其隐身性能进行分区优化设计：进气道的雷达散射主要来源于内表面的腔体散射，红外辐射则来源于进气道的内、外表面，因此可将进气道分为雷达隐身与红外隐身兼容区(内表面)和红外隐身区(外表面)两部分。其核心在于在雷达隐身与红外隐身兼容区的设计：在耐高温吸波承载一体化陶瓷基复合材料内表面复合具有周期性图案的耐高温低发射率红外隐身涂层，获得对电磁波的低通高阻特性和低发射率特性，最终实现进气道内表面在高温下雷达隐身与红外隐身的兼容；红外隐身区是在耐高温吸波承载一体化陶瓷基复合材料外表面复合具有低红外发射率的耐高温贵金属薄膜涂层，实现进气道在高温下的红外隐身特性。本专利技术同时给出了一种上述耐高温进气道的制备方法。为解决常规进气道隐身方案不能应用于高超声速飞行环境以及雷达隐身与红外隐身兼容性差的问题，本专利技术人提出了一种在高超声速飞行环境下可以兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道。专利技术人根据超声速飞行器进气道红外辐射特性与雷达散射特性，及其面临的探测拦截威胁角域，对进气道的电性能进行分区优化设计：进气道通道的内表面对红外辐射特性和雷达散射特性(主要来源于内表面的腔体散射)影响较大，可定为雷达隐身与红外隐身兼容区，其隐身设计要实现雷达隐身与红外隐身的兼容；进气道外表面对前向雷达隐身性能影响较小，对红外辐射特性影响较大，可定为红外隐身区，其隐身设计以红外隐身设计为主，即将进气道分为雷达隐身与红外隐身兼容区(内表面)和红外隐身区(外表面)两部分：采用耐高温陶瓷基吸波材料作为进气道吸波承载结构，并在吸波承载一体化层底部增加电磁屏蔽层以提高其对电磁波的谐振损耗和反射性能，同时在进气道内、外表面喷涂陶瓷涂层提高其高温环境的耐受能力与表面平整状态，最后在进气道内表面使用具有低通高阻特性和低发射率的红外隐身涂层以兼容雷达隐身和红外隐身特性，在进气道外表面使用具有低红外发射率的耐高温贵金属薄膜涂层以提高其红外隐身特性。在进气道上综合应用多种性能的耐高温隐身材料，解决好雷达隐身红外隐身兼容的难题，更大可能地发挥好现有材料的潜能。本专利技术的技术方案如下：一种兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，从内而外由由雷达隐身与红外隐身兼容区涂层、陶瓷涂层、吸波承载一体化层、电磁屏蔽层、陶瓷涂层和红外隐身区低发射率涂层组成。雷达隐身与红外隐身兼容区设计的核心在于在雷达吸波结构的内表层设计具有周期性图案的低通高阻的低发射率红外隐身涂层，以实现对红外波的高反射和雷达波的高透过特性，在确保内层材料吸波性能基本不变的前提下赋予其低红外发射率特性，实现雷达隐身与红外隐身的兼容；红外隐身区设计的核心在于在进气道外表面使用具有低红外发射率的耐高温贵金属薄膜涂层以提高红外隐身特性。兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道从内而外由由雷达隐身与红外隐身兼容区涂层、陶瓷涂层、吸波承载一体化层、电磁屏蔽层、陶瓷涂层和红外隐身区低发射率涂层组成。雷达隐身与红外隐身兼容区涂层是以耐高温低发射率贵金属(金、铂或钯等)、石英玻璃粉和增稠剂(羧甲基纤维素钠或糊精等)为原材料，使用机械球磨混合均匀获得耐高温导体浆料，通过印刷或喷涂法将导体浆料均匀涂覆在进气道内表面，待干燥后通过烧结工艺制备出导体整体涂层，再通过激光刻蚀工艺等微纳加工工艺使导体涂层图案化，最终获得具有低通高阻特性和低红外发射率的兼容涂层。陶瓷涂层由玻璃或莫来石构成，可以解决雷达吸波材料在高温环境下的氧化问题和表面平整状态。吸波承载一体化层作为进气道的吸波承载一体化结构，为陶瓷纤维增强的耐高温吸波型陶瓷基材料。吸波承载一体化层可以起到承载和吸波作用：增强材料可以为Al2O3纤维、SiN纤维或SiC纤维中的一种或多种混编/混铺而成，陶瓷基体材料可以为Al2O3陶瓷、SiC陶瓷、SiO2玻璃陶瓷、莫来石或Si3N4陶瓷中的一种。吸波承载一体化层复合材料的介电性能随着吸波频段和厚度的具体要求而变化。电磁屏蔽层由具有高电导率的碳纤维或碳化硅纤维构成，起到电磁屏蔽反射衬底的作用。采用磁控溅射技术在进气道外表面制备具有低红外发射率的耐高温贵金属薄膜涂层以提高红外隐身特性。本专利技术还提供了上述兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道的制备方法，按如下步骤制备成型：第一步：制备吸波承载一体化层和电磁屏蔽层选用耐高温吸波型陶瓷纤维和电磁屏蔽层纤维按照进气道模型进行编织获得预制体，采用纤维浸渍裂解(PIP)工艺制备粗坯，待预制件具备足够的强度和韧性后，根据进气道模型外形进行机械加工获得吸波承载一体化层和电磁屏蔽层。第二步：后期致密化处理及精细机械加工进行多个周期常规陶瓷先驱体浸渍裂解工艺(PIP)处理，将第一步中获得的产品由开孔结构转化为闭孔结构，待进气道不增重后停止，再进行精确机械加工，使其外形与进气道外形一致。第三步：制备陶瓷涂层采用等离子喷涂技术在进气道外表面喷涂玻璃层或莫来石层。第四步：制备雷达隐身与红外隐身兼容区涂层以耐高温低发射率贵金属粉(金、铂或钯等)、石英玻璃粉和增稠剂(羧甲基纤维素钠或糊精等)为原材料，使用机械球磨混合均匀获得耐高温导体浆料；通过印刷或喷涂法将导体浆料均匀涂覆在进气道内表面，待干燥后通过烧结工艺制备出导体整体涂层；最后通过激光刻蚀工艺等微纳加工工艺使导体涂层图案化，获得具有低通高阻特性和低红外发射率的兼容涂层。第五步：制备红外隐身区低发射率涂层采用磁控溅射技术在进气道外表面制备低红外发射率的耐高温贵金属薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，其特征在于，所述的进气道从内而外包括雷达隐身与红外隐身兼容区涂层(1)、第一陶瓷涂层(2)、吸波承载一体化层(3)、电磁屏蔽层(4)、第二陶瓷涂层(5)和红外隐身区低发射率涂层(6)；所述雷达隐身与红外隐身兼容区涂层(1)是由导电贵金属与SiO2粘结而成的周期性单元结构图案；所述第一陶瓷涂层(2)、第二陶瓷涂层(5)由玻璃或莫来石构成；所述吸波承载一体化层(3)为陶瓷纤维增强的耐高温吸波型陶瓷基材料构成；所述电磁屏蔽层(4)为具有高电导率的碳纤维或SiC纤维构成；所述红外隐身区低发射率涂层(6)由贵金属镀膜构成。

【技术特征摘要】
1.一种兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，其特征在于，所述的进气道从内而外包括雷达隐身与红外隐身兼容区涂层(1)、第一陶瓷涂层(2)、吸波承载一体化层(3)、电磁屏蔽层(4)、第二陶瓷涂层(5)和红外隐身区低发射率涂层(6)；所述雷达隐身与红外隐身兼容区涂层(1)是由导电贵金属与SiO2粘结而成的周期性单元结构图案；所述第一陶瓷涂层(2)、第二陶瓷涂层(5)由玻璃或莫来石构成；所述吸波承载一体化层(3)为陶瓷纤维增强的耐高温吸波型陶瓷基材料构成；所述电磁屏蔽层(4)为具有高电导率的碳纤维或SiC纤维构成；所述红外隐身区低发射率涂层(6)由贵金属镀膜构成。2.一种如权利要求1所述的兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，其特征在于，所述的雷达隐身与红外隐身兼容区涂层(1)的周期性单元结构图案为正方形、长方形、圆形、十字形或三极子中的一种，周期性单元尺寸为10μm～1000μm。3.一种如权利要求1所述的兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，其特征在于，所述的雷达隐身与红外隐身兼容区涂层(1)厚度为10μm～800μm。4.一种如权利要求1所述的兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，其特征在于，所述的第一陶瓷涂层(2)、第二陶瓷涂层(5)特征厚度为0.1mm～0.5mm。5.一种如权利要求1所述的兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，其特征在于，所述的吸波承载一体化层(3)的陶瓷纤维为Al2O3纤维、SiN纤维或SiC纤维中的一种或多种混编/混铺而成，陶瓷基材料为Al2O3陶瓷、SiC陶瓷、SiO2玻璃陶瓷、莫来石或Si3N4陶瓷中的一种。6.一种如权利要求1所述的兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，其特征在于，所述的吸波承载一体化层(3)的相对介电常数实部为3～20。7.一种如权利要求1所述的兼容雷达隐身与红外隐身的耐高温进气道，其特征在于，所述的电磁屏蔽层(4)的特征电导...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝璐，刘海韬，杨晓树，刘晓菲，戴全辉，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11