聚乙烯醇在石英陶瓷天線罩上的應用

鄔浩

（上海玻璃鋼研究院有限公司,上海201404）

0 引言

石英陶瓷材料具有低而穩定的介電常數和損耗低的導熱系數、良好的抗熱震性能和較好的力學性能，成為戰術導彈天線罩首選的材料之一。美國的“愛國者”、“潘興”Ⅱ號及意大利的“Aspide”導彈、美國陸軍“Sam-D”導彈的天線罩均使用石英陶瓷材料，我國從上世紀70年代開始石英陶瓷天線罩的研制工作，目前在多種型號的導彈上得到了應用。

石英陶瓷導彈天線罩的成型工藝主要有泥漿澆注成型、注凝成型以及等靜壓成型等幾種方式，目前國內石英陶瓷導彈天線罩多采用泥漿澆注工藝成型。石英陶瓷料漿通常是由石英玻璃加入一定量的水后在球磨罐中球磨而成，由于石英陶瓷是一種瘠性材料，料漿中顆粒容易分級沉降，引起天線罩產品上下部位顆粒堆積的差異，從而影響天線罩產品的整體均勻性，導致天線罩修磨難度增大，影響導彈天線罩的制作精度。因此，料漿是否具有合適的顆粒級配、良好的流動性、分散性和穩定性，是決定最終制品整體性能的關鍵因素。

聚乙烯醇分子中具有大量羥基，通過與二氧化硅的羥基結合，可達到增加體系分散性的作用。此外，聚乙烯醇分子鏈長，通過在顆粒表面上的吸附，使相鄰顆粒保持在范德華力的作用距離之外，達到對懸浮液體系的維族穩定效果，可增加漿料懸浮穩定性。本研究選擇聚乙烯醇作為石英陶瓷料漿的添加劑，研究了適量聚乙烯醇的加入對石英陶瓷天線罩制品整體力學、介電性能等方面的影響，該研究對于提升石英陶瓷導彈天線罩的整體性能有著重要的研究參考價值。

1 實驗

1.1 實驗原料

采用上海新滬玻璃廠生產的石英玻璃管作為石英料漿的原料，其純度99.95%。聚乙烯醇采用國藥集團化學試劑有限公司PVA1750，聚乙烯醇經水浴加熱、攪拌溶解后配置成質量分數5%的水溶液待用。

1.2 實驗過程

采用破碎機將石英玻璃管破碎至一定尺寸，加入到95氧化鋁質的球磨罐中，采用99氧化鋁球作為球磨介質，加入適量的純水和添加劑，球磨制備石英料漿。將石英料漿注入到石膏模具中，得到石英陶瓷天線罩毛坯，經過干燥、燒結等工藝制備成石英陶瓷天線罩。

1.3 測試方法

彎曲強度測試在Instron1186型電子拉伸試驗機上進行，試樣尺寸為5mm×5mm×50mm，跨距為30mm；加載速率為0.5mm/min，采用排水法測定試樣開口氣孔率和體積密度；采用短路波導法測量試樣的介電常數。

2 結果與討論

2.1 石英陶瓷天線罩的取樣分布

對制備得到的石英陶瓷天線罩進行解剖取樣，考察未添加PVA制備的天線罩樣件(NPVA)與添加PVA制備的天線罩樣件（PVA)軸向的性能分布情況。圖1為天線罩解剖取樣位置的示意圖。

圖1 天線罩解剖取樣位置示意圖

表1為NPVA樣件與PVA樣件軸向彎曲強度性能測試情況。從表1中可以看出，未添加PVA的石英天線罩沿軸向方向從口部到頭部，其彎曲強度呈快速下降趨勢，其口部A處與頭部D處的強度分別為49.37MPa與63.82MPa，軸向彎曲強度差異達到14.45MPa，偏移率達到22.6%；添加PVA后，從口部到頭部，石英天線罩彎曲強度下降趨勢變緩，口部A處與頭部D處的強度分別為51.68MPa和49.85MPa，軸向彎強度差異1.83MPa，偏移率3.5%。因此，PVA的加入對石英天線罩軸向彎曲強度一致性有顯著的影響。

2.2 PVA添加劑對天線罩軸向彎曲強度的影響

表1 PVA添加劑對天線罩軸向彎曲強度的影響

2.3 PVA添加劑對天線罩軸向密度的影響

表2為NPVA樣件與PVA樣件軸向密度性能測試情況。從表2中可以看出，未添加PVA的石英天線罩，沿軸向方向，從口部到頭部，其密度呈緩慢下降的趨勢，其口部A處與頭部D處的密度分別為1.98g/cm3與1.96g/cm3，軸向密度差異0.02g/cm3，偏移率1%；添加PVA后，從口部到頭部，石英天線罩密度也呈緩慢下降的趨勢，口部A處與頭部D處的密度分別為 1.96g/cm3和 1.95g/cm3，軸向密度差異 0.01g/cm3，偏移率0.5%。因此，PVA的加入對于石英天線罩軸向密度一致性有一定的影響。

表2 PVA添加劑對天線罩軸向密度的影響

2.4 PVA添加劑對天線罩軸向氣孔率的影響

表3為NPVA樣件與PVA樣件軸向氣孔率性能測試情況。從表3中可以看出，未添加PVA的石英天線罩，沿軸向方向從口部到頭部，其氣孔率呈快速增加的趨勢，口部A處與頭部D處的氣孔率分別為9.8%與11.3%，軸向氣孔率差異1.5%，偏移率達到-15.3%；添加PVA后，從口部到頭部，石英天線罩氣孔率升高趨勢變緩，石英天線罩口部A處與頭部D處的氣孔率分別為10.3%和10.5%，軸向氣孔率差異0.2%，偏移率-1.94%。因此，PVA的加入對石英天線罩軸向氣孔率一致性有明顯的影響。

表3 PVA添加劑對天線罩軸向氣孔率的影響

2.5 PVA添加劑對天線罩軸向介電常數的影響

表4為NPVA樣件與PVA樣件軸向介電常數性能測試情況。從表4中可以看出，未添加PVA的石英天線罩沿軸向方向從口部到頭部，其介電常數逐漸減小，口部A處與頭部D處的介電常數分別為3.33和3.29，軸向介電常數差異0.04，偏移率為1.2%；添加PVA后，從口部到頭部，石英天線罩介電常數趨于穩定，石英天線罩口部A處與頭部D處的介電常數分別為3.31與3.30，軸向介電常數差異0.01，偏移率0.3%。因此，PVA的加入對石英天線罩軸向介電常數差異一致性有較為明顯的影響。

表4 PVA添加劑對天線罩軸向介電常數的影響

3 結論

根據石英陶瓷天線罩的技術性能要求，對石英料漿中添加與未添加聚乙烯醇制備的石英陶瓷天線罩軸向性能進行測試和分析，結論如下：適量聚乙烯醇添加劑的加入對產品各部位彎曲強度、氣孔率、介電常數性能整體均勻性的提高有著明顯的效果。因此，采用泥漿澆注工藝制備石英陶瓷天線罩，可將聚乙烯醇作為添加劑加入到石英料漿中，以提高石英陶瓷天線罩整體性能的均勻性。

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