一种纤维增强陶瓷基透波材料及制备方法技术

本发明专利技术提出一种纤维增强陶瓷基透波材料及制备方法，由若干层纤维层增强二氧化硅基体，若干层纤维层在二氧化硅基体中平行分布。本发明专利技术通过层间增强浆料的粘接，大幅提高了2D纤维增强二氧化硅基复合材料的层间强度，使得纤维增强二氧化硅基透波复合材料的预浸料手糊工艺更加实用，扩大了材料的应用范围。

A Fiber Reinforced Ceramic Matrix Wave Transmitting Material and Its Preparation Method

The invention provides a fiber reinforced ceramic-based wave-transmitting material and a preparation method. Several layers of fibers reinforce the silicon dioxide matrix, and several layers of fibers are distributed parallel in the silicon dioxide matrix. The invention greatly improves the interlaminar strength of 2D fiber reinforced SiO 2 Matrix Composites by interlaminar strengthening slurry bonding, makes the preprepreg hand pasting process of fiber reinforced SiO 2 Matrix permeable composites more practical, and enlarges the application scope of the materials.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强陶瓷基透波材料及制备方法
本专利技术涉及一种纤维增强陶瓷基透波材料及制备方法，属于透波复合材料制备

技术介绍
陶瓷天线罩是高马赫数寻的制导武器弹头结构的重要组成部分,是一种集透波、防热、承载功能为一体的结构功能部件，用于保护天线系统不受高速飞行造成的恶劣气动环境影响、正常进行信号传输工作。由于纤维的增强增韧作用，纤维增强陶瓷基复合材料较复相陶瓷、均质陶瓷等材料的使用可靠性显著提高，纤维增强陶瓷基透波复合材料也是当前高状态耐高温陶瓷天线罩的首选材料。现有技术中纤维增强陶瓷基透波复合材料中的透波纤维主要有石英纤维、氧化铝纤维、氮化物纤维等，基体主要包括磷酸盐、二氧化硅、氧化铝(莫来石)及氮化物几类。磷酸盐基、氧化铝(莫来石)基复合材料可采用预浸料手糊工艺制备，二氧化硅、氮化物基复合材料通常采用溶胶-凝胶工艺及先驱体浸渍工艺制备。近年来，天线系统对全向透波、宽频透波、选频透波、隐身等性能要求的不断提高，简单的半波壁结构天线罩已很难满足透波构件的电性能需求，构件的高性能需要通过更加复杂的电结构设计来实现。在复杂结构透波构件的制备中，灵活的预浸料手糊工艺使得树脂基透波材料构件可以方便的实现预埋功能组件、多层功能结构的集成。但在陶瓷基复合材料方面，可采用预浸料手糊工艺的磷酸盐基复合材料和氧化铝(莫来石)基复合材料工艺性较好但高低温介电性能不稳定，其介电损耗分别在500℃和650℃以上出现明显变化，限制了该材料的高温应用；而二氧化硅、氮化物基体普遍较差的粘接性决定了几乎全部的二氧化硅、氮化物基复合材料都需要选择2.5D、3D整体编织或利用纤维提高布层层间强度的缝合、针刺织物作为增强体来制备复合材料及其构件。若采用现有溶胶-凝胶工艺制备满足预浸料手糊工艺的纤维增强二氧化硅基透波复合材料，层间强度仅依赖于二氧化硅基体不强的粘接作用，材料易发生分层失稳，产品强度难以满足天线罩的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种层间强度高、能满足预浸料手糊工艺的纤维织物增强的陶瓷基透波复合材料及制备方法。本专利技术的技术解决方案：一种纤维增强陶瓷基透波复合材料制备方法，通过以下步骤实现：第一步，原材料准备，原材料包括层间增强浆料、二氧化硅溶胶和透波纤维织物，所述的层间增强浆料由有机溶剂、增稠剂和层间增强粉体混合而成，所述的层间增强粉体由玻璃粉和气相二氧化硅混合均匀而成，所述的气相二氧化硅添加量占层间增强粉体总质量的70％～90％，所述的透波纤维织物为2D或2.5D薄层的透波纤维织物；所述的玻璃粉为烧结温度低于硅溶胶成型中高温热处理温度的无碱无铅玻璃粉，可市购也可自行合成。所述的层间增强粉体由玻璃粉和气相二氧化硅均匀混合而成，所述的气相二氧化硅添加量占层间增强粉体总质量的70％～90％。所述的2D或2.5D薄层的透波纤维织物的单层厚度不超过0.5mm。所述的有机溶剂为松油醇、柠檬酸三丁酯中的一种或混合物。所述的增稠剂为乙基纤维素等常用增稠剂中的一种或几种。所述的层间增强浆料中层间增强粉体的添加量占层间增强浆料总质量的770％～90％，层间增强浆料的粘度满足刷涂工艺，优选250～500Pa.S。第二步，单层预浸料制备，单层透波纤维织物浸渍二氧化硅溶胶，晾干后得到单层预浸料；透波纤维织物浸渍二氧化硅溶胶，可以通过将透波纤维织物浸泡到二氧化硅溶胶中或在透波纤维织物反复刷涂二氧化硅溶胶，也可采用本领域其他方式使透波纤维织物充分浸透。第三步，制备预制体，A3.1、在第二步制备的单层预浸料的表面刷涂层间增强浆料；A3.2、将刷涂了层间增强浆料的单层预浸料晾干；A3.3、按照预制体设计要求将晾干的复合了层间增强浆料的单层预浸料铺放在一起，固定后得到预制体；所述的层间增强浆料的厚度为30-50μm。第四步，预制件高温热处理，得到低密复合材料；将第三步制备的预制体进行高温热处理，在完成硅溶胶热处理的同时，完成增强浆料的烧结。第五步，低密复合材料的致密化，得到纤维增强陶瓷基透波复合材料。将第四步得到的低密复合材料采用二氧化硅溶胶进行反复浸渍，通过溶胶-凝胶工艺实现致密化，直到其达到所需密度。一种纤维增强陶瓷基透波复合材料，由若干层纤维层增强二氧化硅基体，所述的若干层纤维层在二氧化硅基体中平行分布。本专利技术与现有技术相比的有益效果：(1)本专利技术通过层间增强浆料的粘接，大幅提高了2D纤维增强二氧化硅基复合材料的层间强度，使得纤维增强二氧化硅基透波复合材料的预浸料手糊工艺更加实用，扩大了材料的应用范围；(2)本专利技术在复合材料中引入的添加剂成分含量低且仅存在于层间，相对于分散于基体中的添加剂或改性成分，对复合材料综合性能的影响最小；(3)本专利技术在复合材料中引入的添加剂烧结温度低，无碱性气体逸出，不影响增强纤维的强度；(4)本专利技术适用于制备管状构件、弧面构件及多层构件，可直接用于在陶瓷基透波材料中预埋功能组件以及实现多层功能结构的集成，还可用于制备刚性透波复合材料薄层；(5)本专利技术制备方法工艺方法简单，对设备要求低，适于在科研生产中推广应用。附图说明图1为本专利技术制备流程图；图2为本专利技术结构图。具体实施方式下面结合具体实例及附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术如图1所示，提供一种纤维增强陶瓷基透波复合材料制备方法，通过以下步骤实现：1、原材料准备原材料包括层间增强浆料、二氧化硅溶胶和透波纤维织物。层间增强浆料由有机溶剂、增稠剂和层间增强粉体混合而成，层间增强粉体由玻璃粉和气相二氧化硅均匀混合而成，气相二氧化硅添加量占层间增强粉体总质量的70％～90％，剩余为玻璃粉。玻璃粉为烧结温度低于硅溶胶成型中高温热处理温度的无碱无铅玻璃粉，可市购也可自行合成(如采用包括以下质量百分数的各组分：B2O3：30-35wt％；BiO2：30-35wt％；Al2O3：10-15wt％；SiO2：20-25wt％)。层间增强粉体由玻璃粉和气相二氧化硅均匀混合而成，所述的气相二氧化硅添加量占层间增强粉体总质量的70％～90％。本专利技术采用层间增强粉体增加二氧化硅基体层间强度，玻璃粉为增强成分，气相二氧化硅为介质，由于基体为二氧化硅，因此采用气相二氧化硅做增强介质，使得层间增强浆料对复合材料的物质组成及纯度影响最小，最大程度保证复合材料的稳定的高低温电性能(二氧化硅具有稳定的高低温电性能)。气相二氧化硅在高温热处理过程中被玻璃相(玻璃粉熔化)包裹并发生流动，渗入预浸料布层中。玻璃相将布层粘接在一起，气相二氧化硅填充在玻璃相中，使得玻璃相只是层间相的界面。若是玻璃粉占比太低(气相二氧化硅占比太高)，对材料性能影响不明显，达不到层间增强的效果；若玻璃粉占比太高(气相二氧化硅占比太低)，介电损耗增大且在宽频域宽温域内的稳定性变差；因此，气相二氧化硅添加量占层间增强粉体总质量的70％～90％，在此范围内既能保证层间增加效果，又尽可能减少对性能的影响。相同条件下，随着玻璃粉占比增加，层间增加效果越好。透波纤维织物为2D或2.5D薄层的透波纤维织物。2D或2.5D薄层的透波纤维织物的单层厚度不超过0.5mm，否则纤维织物柔差、变形性差，不适于制备带有预埋功能组件以及实现多层功能结构。2D透波纤维织物包括平纹布、缎纹布在内的各类2D织物，2.5D薄层的透波纤维织物柔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强陶瓷基透波复合材料制备方法，其特征在于，通过以下步骤实现：第一步，原材料准备，原材料包括层间增强浆料、二氧化硅溶胶和透波纤维织物；第二步，单层预浸料制备，单层透波纤维织物浸渍二氧化硅溶胶，晾干后得到单层预浸料；第三步，制备预制体，A3.1、在第二步制备的单层预浸料的表面刷涂层间增强浆料；A3.2、将刷涂了层间增强浆料的单层预浸料晾干；A3.3、按照预制体设计要求将晾干的复合了层间增强浆料的单层预浸料铺放在一起，固定后得到预制体；第四步，预制件高温热处理，得到低密复合材料；第五步，低密复合材料的致密化，得到纤维增强陶瓷基透波复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强陶瓷基透波复合材料制备方法，其特征在于，通过以下步骤实现：第一步，原材料准备，原材料包括层间增强浆料、二氧化硅溶胶和透波纤维织物；第二步，单层预浸料制备，单层透波纤维织物浸渍二氧化硅溶胶，晾干后得到单层预浸料；第三步，制备预制体，A3.1、在第二步制备的单层预浸料的表面刷涂层间增强浆料；A3.2、将刷涂了层间增强浆料的单层预浸料晾干；A3.3、按照预制体设计要求将晾干的复合了层间增强浆料的单层预浸料铺放在一起，固定后得到预制体；第四步，预制件高温热处理，得到低密复合材料；第五步，低密复合材料的致密化，得到纤维增强陶瓷基透波复合材料。2.根据权利要求1所述的一种纤维增强陶瓷基透波复合材料制备方法，其特征在于：所述第一步中所述的层间增强浆料由有机溶剂、增稠剂和层间增强粉体混合而成，层间增强浆料中层间增强粉体的添加量占层间增强浆料总质量的70％～90％，所述的层间增强粉体由玻璃粉和气相二氧化硅混合均匀而成。3.根据权利要求2所述的一种纤维增强陶瓷基透波复合材料制备方法，其特征在于：所述层间增强粉体由玻璃粉和气相二氧化硅混合均匀而成，气相二氧化硅添加量占层间增强粉体总质量的70％～90％。4.根据权利要求1所述的一种纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑，崔凤单，于长清，吕毅，张天翔，赵英民，裴雨辰，
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