石英纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料面向天線罩的應(yīng)用研究

天線罩處于飛行器的*前端，承受飛行器在飛行中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和氣動(dòng)熱產(chǎn)生的超高溫度并且面臨大氣中雨滴的侵蝕和粒子的碰撞，同時(shí)要保證飛行器通信、遙測(cè)、制導(dǎo)、引爆等系統(tǒng)正常工作，是一種集防熱、透波、承載、耐候等高性能要求為一體的結(jié)構(gòu)/功能部件。 

天線罩材料經(jīng)歷了從聚合物材料發(fā)展至陶瓷材料的過(guò)程。聚合物基復(fù)合材料使用溫度*高為400 ℃，而且容易老化。陶瓷具有共價(jià)鍵和離子鍵結(jié)構(gòu)，其熔點(diǎn)高、高溫力學(xué)性能良好、介電性能優(yōu)異，已成為高馬赫數(shù)飛行器天線罩的**材料。透波陶瓷材料主要包括氧化物、磷酸鹽和氮化物等。氮化物具有強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低和耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于氧化物和磷酸鹽具有明顯優(yōu)勢(shì)。不同材料透波材料使用溫度如圖1所示。近20年來(lái)，氮化物材料一直是天線罩用透波材料的研究熱點(diǎn)，氮化物陶瓷及其復(fù)合材料是未來(lái)透波材料的重要發(fā)展方向。

圖1 不同透波材料使用溫【8】

 連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料克服了純陶瓷材料脆性大、強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，同時(shí)兼具優(yōu)異的透波性能、耐燒蝕性能以及力學(xué)性能等，已成為高溫天線罩透波材料的研究熱點(diǎn)。石英纖維具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗燒蝕、易編織等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備寬頻透波特性和優(yōu)異的介電性能，在天線罩透波材料方面被廣泛應(yīng)用。氮化硼的分解溫度高達(dá)3000 ℃，同時(shí)在很寬的溫度范圍內(nèi)具有良好的介電性能和熱穩(wěn)定性。

相對(duì)于目前主流的耐高溫透波材料，石英纖維增強(qiáng)氮化物陶瓷基復(fù)合材料具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。前期，針對(duì)石英纖維增強(qiáng)氮化物復(fù)合材料的研究缺乏應(yīng)用基礎(chǔ)。高龍飛等針對(duì)石英纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料制備及性能開(kāi)展研究。

該研究依托某型號(hào)天線罩應(yīng)用為背景，以環(huán)硼氮烷為氮化硼陶瓷先驅(qū)體，采用2.5D石英纖維預(yù)制體為增強(qiáng)體，制備了2.5D SiO2f/BN復(fù)合材料，并表征了環(huán)硼氮烷的微觀結(jié)構(gòu)，考察了2.5D SiO2f/BN復(fù)合材料致密化效果并給出了2.5D SiO2f/BN復(fù)合材料致密層從外向內(nèi)的密度變化趨勢(shì); 表征了2.5D SiO2f/BN復(fù)合材料的常溫和高溫力學(xué)性能，通過(guò)分析表明2.5D SiO2f/BN復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能; 測(cè)試了12 GHz～18 GHz下2.5D SiO2f/BN復(fù)合材料的介電性能，發(fā)現(xiàn)2.5D SiO2f/BN復(fù)合材料具有穩(wěn)定的介電常數(shù)和較小的介電損耗角正切值，將研制的2.5D SiO2f/BN復(fù)合材料應(yīng)用在某型號(hào)天線罩，實(shí)現(xiàn)了該復(fù)合材料在耐高溫透波領(lǐng)域的應(yīng)用。