一种频率选择性耐高温树脂基透波复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种频率选择性耐高温树脂基透波复合材料，包括纤维增强耐高温树脂基复合材料底层、高温频率选择表面夹层和抗烧蚀/隔热/低介电面层，所述高温频率选择表面夹层为具有一定孔隙率、呈周期性图案的非贵金属涂层，且所述抗烧蚀/隔热/低介电面层为具有一定孔隙率的陶瓷面层。本发明专利技术还提供一种上述的频率选择性耐高温树脂基透波复合材料的制备方法。本发明专利技术的频率选择性耐高温树脂基透波复合材料可以耐受350℃以上高温，并且可以同时具备透波以及隐身功能。本发明专利技术易于实现大型复杂形状频率选择表面的制备，相对粘结频率选择表面薄膜方案，可以避免分块粘结与接缝问题，使频率选择性耐高温树脂基透波复合材料具有更为优异的电性能。

A Frequency-selective High Temperature Resin-based Wave-penetrating Composite and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种频率选择性耐高温树脂基透波复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，尤其涉及一种树脂基透波复合材料及其制备方法。
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透波结构全向透波、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选择性透波特性，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。纤维增强耐高温树脂基透波复合材料(主要包括石英纤维、玻璃纤维增强聚酰亚胺、聚芳炔、双马来酰亚胺复合材料等)具有高强度、高韧性、耐高温(耐温能力达到450℃以上)、低介电常数等优异特性，是一种非常有前途的耐高温透波材料体系，但可应用在耐高温树脂基复合材料表面、具有较高耐温能力的频率选择表面技术尚不成熟。常规的在耐高温树脂基复合材料表面制备高温频率选择表面的方法是采用物理沉积工艺(如磁控溅射等工艺)在耐高温的树脂薄膜(常用聚酰亚胺薄膜)上制备耐高温、抗氧化的金属镀层，然后采用印刷电路板工艺刻蚀金属镀层，使其形成频率选择表面图案，然后再采用高温树脂将之粘结在耐高温树脂基透波复合材料表面，但此技术存在明显不足：1)物理沉积工艺难以在树脂薄膜上制备较厚的金属涂层，涂层厚度一般低于电磁波对应的趋肤深度，导致金属镀层的方阻较大，难以满足电性能设计要求，并且物理沉积工艺成本高，制备大尺寸镀膜困难；2)由于高温树脂的粘结性与工艺性差，采用高温树脂实现透波复合材料与频率选择表面薄膜粘结工艺难度大；3)且由于高温使用条件下粘结树脂以及复合材料中的树脂基体均会发生不同程度的热解而排气，易造成频率选择表面薄膜鼓泡失效，使用温度很难达到350℃以上；4)高温树脂粘结工艺难以在非平面可展异形构件上实施，频率选择表面薄膜在非平面可展构件表面粘结过程中需要进行分片处理，分片接缝会对构件的电性能产生显著影响，并且由于耐高温粘结树脂粘性差，频率选择表面薄膜在异形构件上的铺设固定也是较难解决的工艺问题。
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，提供一种频率选择性耐高温树脂基透波复合材料及其制备方法，该复合材料可以耐受350℃以上高温，并且同时具备透波以及隐身功能。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种频率选择性耐高温树脂基透波复合材料，包括纤维增强耐高温树脂基复合材料底层、高温频率选择表面夹层和抗烧蚀/隔热/低介电面层，所述高温频率选择表面夹层为具有一定孔隙率、呈周期性图案的非贵金属涂层，且所述抗烧蚀/隔热/低介电面层为具有一定孔隙率的陶瓷面层。上述周期性图案形状根据复合材料的需求而定。高温频率选择表面夹层和抗烧蚀/隔热/低介电面层的孔隙可以保证高温使用时，树脂基体的热解产生的气体可以通过孔隙排出。同时，孔隙还具有降低介电常数和热导率的作用。并且，抗烧蚀/隔热/低介电面层具有隔热、抗烧蚀作用，而且还具有低介电性，不影响高温频率选择表面夹层性能的同时还可以起到保护高温频率选择表面夹层的作用。上述耐高温树脂基透波复合材料中，优选的，所述非贵金属涂层的孔隙率为5～15％，所述抗烧蚀/隔热/低介电面层的孔隙率为5～15％。本专利技术通过对大气等离子喷涂工艺参数进行优化，可以控制非贵金属涂层和抗烧蚀/隔热/低介电面层的孔隙率。我们研究表明，上述孔隙率对复合材料的综合性能有很大的影响，优选将上述孔隙率控制为5～15％可以得到优异性能的复合材料。上述耐高温树脂基透波复合材料中，优选的，所述纤维增强耐高温树脂基复合材料底层的材料为透波纤维增强的聚酰亚胺、聚芳炔或双马来酰亚胺复合材料。上述耐高温树脂基透波复合材料中，优选的，所述非贵金属涂层的材料为Al、Co、Ni和Cr中的一种或几种的合金；所述非贵金属涂层的厚度为30μm～60μm，方阻低于20mΩ/□。上述耐高温树脂基透波复合材料中，优选的，所述抗烧蚀/隔热/低介电面层为莫来石或堇青石涂层，厚度为50μm～200μm。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的频率选择性耐高温树脂基透波复合材料的制备方法，(1)对纤维增强耐高温树脂基复合材料底层的表面进行喷砂处理；(2)采用大气等离子喷涂工艺将非贵金属复合粉末涂覆到经喷砂处理后的纤维增强耐高温树脂基复合材料底层表面，得到非贵金属涂层；(3)采用激光加工工艺对非贵金属涂层进行刻蚀，完成高温频率选择表面夹层的制备；(4)采用大气等离子喷涂工艺将陶瓷复合粉末喷涂到高温频率选择表面夹层上，得到抗烧蚀/隔热/低介电面层，即得到所述的频率选择性耐高温树脂基透波复合材料。上述制备方法中，优选的，所述喷砂处理时，控制喷砂工艺参数为：气压控制为0.1～0.3MPa，喷砂距离为80～150mm，砂子粒径为40～100目。上述制备方法中，优选的，所述非贵金属复合粉末由非贵金属粉末与有机化合物于三维混合机中搅拌混合得到；所述有机化合物包括聚乙烯醇或阿拉伯树脂胶，所述非贵金属粉末为类球形颗粒，粒径为45～60μm；所述非贵金属复合粉末中非贵金属粉末的质量分数为90～95％，有机化合物的质量分数为5％～10％；所述三维混合机的主轴转速为15～30r/min，搅拌时间为30～60min。上述制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，大气等离子喷涂工艺参数为：Ar的通气流量为30～38L/min，H2的通气流量为5.5～7.8L/min；送粉气流Ar为2.6～3.0L/min，送粉量为20％～28％；电流大小控制为520～550A，功率为33～36kW；喷头和纤维增强耐高温树脂基复合材料底层的距离为120～140mm。上述制备方法中，优选的，激光加工时采用脉冲式激光器，激光功率为10～30W，扫描次数为1～4次。上述制备方法中，优选的，所述陶瓷复合粉末由陶瓷粉末、有机化合物和去离子水通过球磨工艺搅拌混合后再通过喷雾干燥得到；所述有机化合物包括聚乙烯醇或阿拉伯树脂胶；所述陶瓷复合粉末中陶瓷粉末的质量分数为90～95％，有机化合物的质量分数为5％～10％；喷雾干燥的工艺参数为：出口温度为110～130℃，进口温度为240～260℃，浆料送料速度为1～2L/min，旋转频率为30～40Hz。上述制备方法中，优选的，所述步骤(4)中，大气等离子喷涂工艺参数为：Ar的通气流量为30～38L/min，H2的通气流量为7～10L/min；送粉气流Ar为3～4L/min，送粉量为20％～28％；电流大小控制为520～580本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率选择性耐高温树脂基透波复合材料，其特征在于，包括纤维增强耐高温树脂基复合材料底层、高温频率选择表面夹层和抗烧蚀/隔热/低介电面层，所述高温频率选择表面夹层为具有一定孔隙率、呈周期性图案的非贵金属涂层，且所述抗烧蚀/隔热/低介电面层为具有一定孔隙率的陶瓷面层。

【技术特征摘要】
1.一种频率选择性耐高温树脂基透波复合材料，其特征在于，包括纤维增强耐高温树脂基复合材料底层、高温频率选择表面夹层和抗烧蚀/隔热/低介电面层，所述高温频率选择表面夹层为具有一定孔隙率、呈周期性图案的非贵金属涂层，且所述抗烧蚀/隔热/低介电面层为具有一定孔隙率的陶瓷面层。2.根据权利要求1所述的耐高温树脂基透波复合材料，其特征在于，所述非贵金属涂层的孔隙率为5～15％，所述抗烧蚀/隔热/低介电面层的孔隙率为5～15％。3.根据权利要求1或2所述的耐高温树脂基透波复合材料，其特征在于，所述纤维增强耐高温树脂基复合材料底层的材料为透波纤维增强的聚酰亚胺、聚芳炔或双马来酰亚胺复合材料。4.根据权利要求1或2所述的耐高温树脂基透波复合材料，其特征在于，所述非贵金属涂层的材料为Al、Co、Ni和Cr中的一种或几种的合金；所述非贵金属涂层的厚度为30μm～60μm，方阻低于20mΩ/□。5.根据权利要求1或2所述的耐高温树脂基透波复合材料，其特征在于，所述抗烧蚀/隔热/低介电面层为莫来石或堇青石涂层，厚度为50μm～200μm。6.一种如权利要求1～5中任一项所述的频率选择性耐高温树脂基透波复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对纤维增强耐高温树脂基复合材料底层的表面进行喷砂处理；(2)采用大气等离子喷涂工艺将非贵金属复合粉末涂覆到经喷砂处理后的纤维增强耐高温树脂基复合材料底层表面，得到非贵金属涂层；(3)采用激光加工工艺对非贵金属涂层进行刻蚀，完成高温频率选择表面夹层的制备；(4)采用大气等离子喷涂工艺将陶瓷复合粉末喷涂到高温频率选择表面夹层上，得到抗烧蚀/隔热/低介电面层，即得到所述的频率选择性耐高温树脂基透波复合材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述喷砂处理时，控制喷砂工艺参数为：气压控制为0.1～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海韬，黄文质，孙逊，黄丽华，甘霞云，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43