陶瓷基复合材料天线罩制备工艺的研究

周韵宁

(21030419990501221X 辽宁 鞍山 114000)

1 陶瓷基复合材料用于天线罩制备的优势分析

陶瓷基复合材料主要将陶瓷作为基体，并通过复合陶瓷与各种纤维形成复合材料。由于其耐高温性能更优，所以在当前的实践中主要将陶瓷基负荷材料制作为高温与耐磨制品，包括能源构件、滑动构件、刀具、发动机制件等。总体而言，陶瓷基复合材不仅具备着既陶瓷材料耐高温、高硬高强和耐磨蚀的性能，同时还有效地克服了陶瓷的脆性，陶瓷基复合材料可满足1 200 ℃～1 900 ℃的使用条件，因此在当前的天线罩制备中得到了重点应用[1]。

2 陶瓷基复合材料天线罩的主要制备工艺分析

2.1 无机先驱体浸渍烧成法

在应用无机先驱体浸渍烧成法制备陶瓷基复合材料的过程中，更加重视对陶瓷基本身具备的良好介电性能的保持，并着重落实对其抗雨蚀性能、抗热冲击性能、力学性能的强化。实践中，设定氧化硅先驱体为硅溶胶，利用硅溶胶浸渍石英织物，经过热处理后，相应浸渍了硅溶胶的石英织物转变为石英纤维增强二氧化硅复合材料。对于该复合材料而言，其表面熔融温度更加接近石英玻璃的熔融温度(一般稳定在1 735 ℃左右)，属于整体性能较为理想的高温下再入型透波材料，将其应用于天线罩的制备能够达到提升天线罩综合性能的效果。

通过使用无机先驱体浸渍烧成法，可以在石英纤维增强二氧化硅复合材料的基础上，制备出全向高纯石英织物增强石英复合材料。相比于石英纤维增强二氧化硅复合材料而言，这种新材料在弯曲强度等方面有着更好的应用优势。该复合材料的制备工艺如下所示：提取密度稳定自1 g/cm3的高纯石英纤维织物，在510 ℃的条件下实施除胶处理；随后引入硅烷偶联剂对材料实施处理，促使其断裂应变以及强度均得到提高；提取钠含量相对较低的硅溶胶作为先驱体，将其pH值调整至1，并以此对石英织物实施浸渍处理；在温度为85 ℃的条件下对完成浸渍处理的石英织物落实烘干处理，持续时间设定为16 h；完成烘干处理后，引入热处理措施，控制温度稳定在650 ℃左右，持续时间设定为4 h；对浸渍烧成过程展开重复性落实，循环至少6个周期以上；再循环浸渍烧成处理完成后，对所得材料表面实施致密化封孔处理，结合机械加工，完成基于该材料天线罩的制备。

2.2 有机先驱体浸渍烧成法

在应用有机先驱体浸渍烧成法制备陶瓷基复合材料的过程中，设定聚硅氧烷或是聚硅氮烷作为对石英纤维织物展开浸渍处理的树脂，在完成对石英纤维织物的浸渍处理后，在蜂窝两端加上相应石英纤维织物，构建起三明治结构，并适当提升温度，促使聚硅氧烷或是聚硅氮烷(树脂)可以进一步深入石英纤维织物中，并转移至蜂窝内；在温度不断增高的条件下，树脂会从原本的液体状态转变为粘弹态；当提升温度至650 ℃后，能够观察到二氧化硅多孔基体(稳定在固体状态下)的生成；在天线罩外壁的表面涂抹保护膜实施密封处理，一般选用内含二氧化钛成分的聚硅氧烷作为保护膜涂料，同时实现防潮出处理。需要注意的是，若是温度提升至900 ℃，则会裂解成为氮化硅。对于该材料而言，尤其制成的天线罩内包含着65%左右的纤维，整体弯曲强度相对较高，且在870 ℃的环境下(高温环境下)可以保持一段时间内(5 min左右)的正常工作。

通过使用有机先驱体浸渍烧成法，可以制备出基于多种先驱体浸渍适应纤维织物复合材料的天线罩，主要工艺如下所示：设定甲基氢聚硅氮烷或者是含氢聚碳硅烷为先驱体，对石英纤维织物落实浸渍处理；在模压、催化聚合后，将石英纤维织物转移至氨气环境内进行裂解，由此即可获取上述负荷材料。一般情况下，在石英纤维织物的厚度稳定在不高于3 mm的水平时，将其转移至氨气环境内进行裂解即可实现对碳的有效剔除，保证复合材料内自由碳元素的稳定在不超过0.5%的水平。实践中，出于对避免先驱体在裂解过程中出现收缩现象的考量，可以引入填料，颗粒状、纤维状等形状均可。

需要注意的是，在复合材料制备的热处理过程中，如果温度提升至400 ℃以上，那么应用的有机先驱体内普遍会分解出自由碳元素，由此导致所得复合材料的电性能大幅下降。诚然，在后续的氨气环境裂解处理中可以实现除碳，但是这种除碳工艺只有石英纤维织物的厚度相对较小的条件下才能够获得理想效果，如果需要进行尺寸较大的天线罩的制备，则氨气环境裂解处理工艺的除碳现实效果难以达到理想水平[2]。为了避免上述问题对天线罩制备产生负面影响，在应用有机先驱体浸渍烧成法制备陶瓷基复合材料天线罩的过程中，必须要尽可能使用含碳量相对较低的有机先驱体，并适当下调裂解温度，防止出现石英纤维织物的损伤。

2.3 无机盐溶液浸渍固化法

在应用无机盐溶液浸渍固化法制备陶瓷基复合材料的过程中，主要对基于石英纤维织物或是高硅氧纤维织物的预制件粉刷涂层，并在真空状态下，将其放置于磷酸盐溶液中落实浸渍处理；将温度提升至150 ℃～200 ℃的范围内，增高压力至1 Mpa～1.5 Mpa的范围内，对相应预制件实施固化处理。利用上述工艺所获得的陶瓷基复合材料天线罩拥有更为理想的电性能稳定性，弯曲强度也相对较高，在1 200 ℃的条件下也可以正常使用。通常来说，当环境温度稳定在1 500 ℃～1 800 ℃以下时，基于该复合材料的天线罩均能够保持在正常工作的状态下，性能理想。

3 陶瓷基复合材料天线罩制备的未来发展方向展望

诚然，陶瓷基复合材料具备着极为理想的耐高温性、强度等，但是其中包含的陶瓷基脆性相对较高，在处于应力状态下时，裂纹缺陷的概率大幅上升，容易引发陶瓷基复合材料的失效。为了缓解上述缺陷，需要重点选用强度、弹性相对较高的纤维与陶瓷基进行复合，从这一角度来看，选择性能更优的纤维材料复合陶瓷基是陶瓷基复合材料天线罩制备的主流发展方向。基于这样的情况，石英纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料应运而生。

对于石英纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料而言，其有效地规避了陶瓷基材料的缺陷，且具有更为理想的耐高温性、耐烧蚀性、透波性等，力学性能、化学稳定性也相对较高，因此将其应用于天线罩的制备具有极高的可行性与科学性。在石英纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料中，包含着氮化硼成分，由于其分解温度更高(一般为3 000 ℃)，赋予整个复合材料以更宽的温度范围，且在相应温度范围内，石英纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料的热稳定性、介电性良好。

4 结语

综上所述，陶瓷基复合材不仅具备着既陶瓷材料耐高温、高硬高强和耐磨蚀的性能，同时还有效地克服了陶瓷的脆性，因此在当前的天线罩制备中得到了重点应用。通过无机先驱体浸渍烧成法、有机先驱体浸渍烧成法、无机盐溶液浸渍固化法的应用，能够实现基于陶瓷基复合材料的天线罩的制备，且相应制备工艺，特别是陶瓷基复合材料的优化有着极高的发展前景。