一种梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构制造技术

提供了一种梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构，包括多元纤维预制件和低损耗型基体；低损耗型基体填充在多元纤维预制件内并对所述多元纤维预制件进行包覆，包覆的厚度<0.2mm；多元纤维预制件为高损耗纤维、中等损耗纤维、低损耗纤维混合编织形成；多元纤维预制件中包括低损耗纤维编织形成阻抗匹配层、低损耗纤维和中等损耗纤维混合编织形成阻抗过渡层、中等损耗纤维和高损耗纤维混合编织形成吸收衰减层；所述阻抗匹配层、阻抗过渡层和吸收衰减层依次堆叠形成三维立体结构。本发明专利技术能够有效调控其微波电磁特性，实现合理的阻抗梯度变化，大幅度提升宽频吸波性能。大幅度提升宽频吸波性能。大幅度提升宽频吸波性能。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构


[0001]本专利技术总体地涉及高速飞行器隐身
，尤其涉及一种梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构。

技术介绍

[0002]先进航空飞行器的发展对结构一体化宽频雷达隐身材料提出了迫切需要，兼具力学承载性能和宽频吸波性能的材料研究已经成为制约新型高速飞行器隐身技术发展的关键问题之一。目前，多层复合粘接吸波材料已逐渐不能满足高速飞行器隐身部位高强度、耐冲击等需求，结构功能一体化是高速飞行器吸波材料发展的必然趋势。
[0003]中国专利CN106671514 A公开了一种间断阻抗渐变结构吸波复合材料，该结构从上至下由透波层、低浓度电损耗层、透波层、高浓度电损耗层、透波层组成，其中透波层由石英玻璃纤维布和环氧树脂组成，低浓度电损耗层和高浓度电损耗层由不同比例的T700短切碳纤维混合环氧树脂组成，其不足之处在于真正的阻抗渐变层只有两层，梯度变化范围有限，同时只采用短切碳纤维作为电磁损耗材料，电磁损耗能力单一，且存在力学性能较差等缺陷。
[0004]中国专利CN112851359 B公开了一种吸波型SiBCN纳米纤维及其制备方法，该种纤维对某个频点具有强吸收能力，但有效吸收频带仅有3.45GHz，不能满足宽频吸波性能要求。

技术实现思路

[0005]针对以上
技术介绍
宽频带吸波结构材料存在的不足和缺陷，本专利技术提供一种梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构，该吸波结构通过合理搭配损耗能力不同的纤维形成特定结构的编织体，配合适当种类的基体，能够有效调控其微波电磁特性，实现合理的阻抗梯度变化，大幅度提升宽频吸波性能。
[0006]本专利技术的技术方案是，一种梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构，包括多元纤维预制件和低损耗型基体；所述低损耗型基体填充在多元纤维预制件内并对所述多元纤维预制件进行包覆，包覆的厚度<0.2mm；所述多元纤维预制件为高损耗纤维、中等损耗纤维、低损耗纤维混合编织形成，所述多元纤维预制件中包括低损耗纤维编织形成阻抗匹配层、低损耗纤维和中等损耗纤维混合编织形成阻抗过渡层、中等损耗纤维和高损耗纤维混合编织形成吸收衰减层；所述阻抗匹配层、阻抗过渡层和吸收衰减层依次堆叠形成三维立体结构；所述多元纤维预制件中高损耗纤维、中等损耗纤维、低损耗纤维的的选择和编织方式方法如下：根据设计要求，选择出高损耗纤维、中等损耗纤维、低损耗纤维的种类和低损耗基体的种类，以反射系数S11在全频段内均优于
‑
10dB为判据，通过有限元全波分析软件HFSS软件仿真模拟确定纤维的具体种类、含量、编织方式和纤维间的详细排列关系，最后按照确定的纤维的种类、含量、编织方式以及纤维间的详细排列关系建立编织体模型。
[0007]进一步的，上述低损耗纤维选自氮化硅纤维、SiBN陶瓷纤维、石英纤维、Al2O3纤维、
莫来石纤维的至少一种；所述中等损耗纤维选自近化学计量比碳化硅纤维、1600℃热处理的聚硼硅氮烷纤维的一种或两种；所述高损耗纤维选自碳纤维、高碳高氧碳化硅纤维、高碳低氧碳化硅纤维的一种或两种；所述低损耗型基体选自氮化硅陶瓷基体、环氧树脂基体、莫来石陶瓷基体的一种。
[0008]进一步的，上述低损耗纤维的介电常数<10、损耗角正切值<0.01；所述中等损耗纤维中，近化学计量比碳化硅纤维和1600℃热处理的聚硼硅氮烷纤维的电阻率10
‑1～10
13
Ω
·
cm；所述高损耗纤维中：碳纤维的电阻率10
‑7～10
‑5Ω
·
cm，高碳高氧碳化硅纤维和高碳低氧碳化硅纤维的电阻率10
‑5～10
‑1Ω
·
cm；
[0009]所述低损耗型基体的介电常数<10、损耗角正切值<0.01。
[0010]进一步的，上述低损耗纤维编织、低损耗纤维和中等损耗纤维混合编织、中等损耗纤维和高损耗纤维混合编织采用平纹编织、斜纹编织、立体三维编织中的一种，分布密度为4～20束/cm。
[0011]进一步的，上述立体三维编织方式为0
°
正交的平纹跨层深交联编织；所述平纹跨层深交联编织方式具体为：纬纱与经纱在同一水平编织层内0
°
正交平纹编织预定束数后，纬纱向上或向下跨层进入相对于跨层前所在第一层的第三层且与第三层内的经纱0
°
正交平纹编织预定束数，再次反向跨层进入原来的编织层内与经纱0
°
正交平纹编织预定束数，之后重复第一次的向上或向下跨层进入第三层继续编织，如此重复；所述纬纱的跨层以相邻的纬纱束分别上下的方式进行；所述纬纱的跨层宽度与所述0
°
正交平纹编织预定束数的宽度相同且所述跨层宽度内不编织经纱。
[0012]进一步的，上述预定束数为至少2束经纱；所述跨层宽度为至少2束经纱宽度。
[0013]进一步的，上述多元纤维预制件为基于平纹单跨层深交联编织形成的立体三维编织预制件，按如下步骤编织形成：
[0014]第一步：立体三维编织预制件的第一层编织层和第二层编织层位置，选用低损耗纤维编织，低损耗纤维在经纱和纬纱方向正交周期性排列，织物每1cm的经纱为6～20束、纬纱为4～14束；
[0015]第二步：立体三维编织预制件的第三层编织层和第四层编织层位置，选用中等损耗纤维和从所述第一层编织层和第二层编织层跨层进入的低损耗纤维纬纱正交平纹编织，同时中等损耗纤维在经纱方向与纬纱方向的中等损耗纤维和低损耗纤维正交周期性排列；所述立体三维编织预制件的第三层编织层和第四层编织层中，低损耗纤维与中等损耗纤维的体积比为1∶3，织物每1cm的经纱为6～20束、纬纱为4～14束；
[0016]第三步：立体三维编织预制件的第五层编织层和第六层编织层位置，选用中等损耗纤维、高损耗纤维，分别与从所述第三层编织层和第四层编织层跨层进入的中等损耗纤维纬纱正交平纹编织，同时中等损耗纤维和高损耗纤维分别在经纱和纬纱方向正交周期性排列；所述立体三维编织预制件的第五层编织层和第六层编织层中，中等损耗纤维和高损耗纤维体积比为1∶1，织物每1cm的经纱为6～20束、纬纱为4～14束；
[0017]立体三维编织预制件织物的体密度为1.6～2.4g/cm3，面密度为600～1400g/cm2，厚度为3～3.5mm。
[0018]进一步的，上述多元纤维预制件为基于平纹或斜纹编织的立体三维编织预制件，按如下步骤编织形成：
[0019]第一步，选用低损耗纤维采用平纹或斜纹编织方式建立编织体模型的上两层二维布；低损耗纤维在经纱和纬纱方向正交周期性排列；织物每1cm的经纱和纬纱均为6～20束；
[0020]第二步，中等损耗纤维和低损耗纤维的平纹或斜纹混合编织：选用低损耗纤维和中等损耗纤维采用平纹或斜纹编织方式建立编织体模型的中两层二维布；低损耗纤维和中等损耗纤维在经纱和纬纱方向正交周期性排列，低损耗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构，其特征在于：包括多元纤维预制件和低损耗型基体；所述低损耗型基体填充在多元纤维预制件内并对所述多元纤维预制件进行包覆，包覆的厚度<0.2mm；所述多元纤维预制件为高损耗纤维、中等损耗纤维、低损耗纤维混合编织形成，所述多元纤维预制件中包括低损耗纤维编织形成阻抗匹配层、低损耗纤维和中等损耗纤维混合编织形成阻抗过渡层、中等损耗纤维和高损耗纤维混合编织形成吸收衰减层；所述阻抗匹配层、阻抗过渡层和吸收衰减层依次堆叠形成三维立体结构；所述多元纤维预制件中高损耗纤维、中等损耗纤维、低损耗纤维的的选择和编织方式方法如下：根据设计要求，选择出高损耗纤维、中等损耗纤维、低损耗纤维的种类和低损耗基体的种类，以反射系数S11在全频段内均优于
‑
10dB为判据，通过有限元全波分析软件HFSS软件仿真模拟确定纤维的具体种类、含量、编织方式和纤维间的详细排列关系，最后按照确定的纤维的种类、含量、编织方式以及纤维间的详细排列关系建立编织体模型。2.如权利要求1所述的梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构，其特征在于：所述低损耗纤维选自氮化硅纤维、SiBN陶瓷纤维、石英纤维、Al2O3纤维、莫来石纤维的至少一种；所述中等损耗纤维选自近化学计量比碳化硅纤维、1600℃热处理的聚硼硅氮烷纤维的一种或两种；所述高损耗纤维选自碳纤维、高碳高氧碳化硅纤维、高碳低氧碳化硅纤维的一种或两种；所述低损耗型基体选自氮化硅陶瓷基体、环氧树脂基体、莫来石陶瓷基体的一种。3.如权利要求2所述的梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构，其特征在于：所述低损耗纤维的介电常数<10、损耗角正切值<0.01；所述中等损耗纤维中，近化学计量比碳化硅纤维和1600℃热处理的聚硼硅氮烷纤维的电阻率10
‑1～10
13
Ω
·
cm；所述高损耗纤维中：碳纤维的电阻率10
‑7～10
‑5Ω
·
cm，高碳高氧碳化硅纤维和高碳低氧碳化硅纤维的电阻率10
‑5～10
‑1Ω
·
cm；所述低损耗型基体的介电常数<10、损耗角正切值<0.01。4.如权利要求1所述的梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构，其特征在于：所述低损耗纤维编织、低损耗纤维和中等损耗纤维混合编织、中等损耗纤维和高损耗纤维混合编织采用平纹编织、斜纹编织、立体三维编织中的一种，分布密度为4～20束/cm。5.如权利要求4所述的梯度阻抗渐变多元纤维混编宽带吸波结构，其特征在于：所述立体三维编织方式为0
°
正交的平纹跨层深交联编织；所述平纹跨层深交联编织方式具体为：纬纱与经纱在同一水平编织层内0
°
正交平纹编织预定束数后，纬纱向上或向下跨层进入相对于跨层前所在第一层的第三层且与第三层内的经纱0
°
正交平纹编织预定束数，再次反向跨层进入原来的编织层内与经纱0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杨，张钦钊，罗衡，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：