天线罩陶瓷锥体裂纹分析

2019-06-05苗蓉丽

陶瓷学报 2019年2期

苗蓉丽，韩露

(1. 中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009；2. 航天材料及工艺研究所，北京 100076)

0 引言

空空导弹天线罩是导弹弹体的一个完整的舱段——导弹的头部，又在制导系统中起着保护导引头天线的作用，所以它不但需要满足导弹气动外形、导弹飞行时所承受的热载荷和机械载荷及恶劣环境的要求，还需要满足导弹控制回路所需要的苛刻电气性能的要求[1]。石英陶瓷材料具有优异的耐热性、适宜的力学性能、稳定的低介电常数和介电损耗，优异的抗热冲击性，极低的热膨胀系数，以及较好的化学稳定性，成为超音速空空导弹天线罩的首选材料之一[2-3]，但它存在材料脆性大，损伤容限低的缺点，在使用维护中需严加小心，避免意外碰撞[4]。

飞机带弹训练降落后，发现一枚某型导弹天线罩陶瓷锥体表面出现裂纹(见图1)，严重影响了战备训练的正常进行。天线罩陶瓷锥体材料为带有有机防护涂层的石英陶瓷，通常，这种脆性材料的断口分析不同于具有成熟理论的金属材料，未见有相关的报道[5-7]。本文采用扫描电镜对天线罩陶瓷锥体裂纹断口的宏观形貌、微观组织进行了观察与分析，确定开裂损伤的原因，为外场大型陶瓷制件故障分析提供了依据。

图1 陶瓷锥体裂纹分布展开示意图Fig.1 Schematic diagram of the crack distribution of the ceramic cone

1 裂纹形貌

天线罩陶瓷锥体裂纹分布展开示意图见图1，目视观察，可见陶瓷锥体表面存在裂纹，无明显的磕碰痕迹和基体剥落现象，裂纹顶部距离天线罩顶部约46 mm，左侧裂纹长约327 mm，右侧裂纹长约345 mm。

裂纹左侧(距离天线罩顶部约140 mm位置)还存在一条沿周向扩展的细小裂纹，裂纹长度约为20 mm，与主裂纹交汇。

2 断口分析

2.1 宏观形貌

陶瓷材料为脆性材料，为避免二次损伤，对裂纹区域进行保护，采用机械手段将裂纹打开，对断口进行观察，结合裂纹形态、走向以及裂纹断口形貌判断，裂纹源区位于天线罩陶瓷锥体外表面裂纹交汇处，宏观可见源区不平齐，存在向左右两侧发散的扩展棱线，见图2；源区附近扩展区断口平齐，较为细腻，远离源区扩展区呈斜断口，较为粗糙，为快速扩展区，整个扩展区形貌较为相似，具有典型脆性断裂特征[8]，见图3。

2.2 微观形貌

采用扫描电镜分别对裂纹断口及表面进行观察，结果如下。

裂纹源区断口不平齐，可见明显向左右两侧扩展棱线，源区附近的扩展区较为平坦，远离源区扩展区较为粗糙，可见扩展棱线，整个断口均未见明显的烧结气孔、疏松、微裂纹等材料缺陷，整个断口呈脆性断裂特征，见图4和图5。

2.3 裂纹源区微观分析

图2 裂纹源区宏观形貌Fig.2 Macro-appearance of the origin region

图3 裂纹扩展区宏观形貌Fig.3 Macro-appearance of the extended region: (a) the extended region around the origin region, (b) the extended region far from the origin region

图4 裂纹源区微观形貌Fig.4 Micro-appearance of the origin region

采用扫描电镜观察，裂纹源区附近外表面涂层存在破损痕迹，局部涂层脱落露出陶瓷基体，涂层表面与正常区域相比存在明显差异：正常区域平整光滑，而破损区域存在明显的挤压变形，局部可见多道划痕；破损区域表面还可见较多的大小不一、形态各异的颗粒状物质附着，部分颗粒镶嵌于天线罩外表面陶瓷基体中；远离源区部位表面未见明显的异物存在，也未见明显的机械损伤痕迹，见图6-图8。