陶瓷基復合材料天線罩制備工藝的研究

周韻寧

(21030419990501221X 遼寧 鞍山 114000)

1 陶瓷基復合材料用于天線罩制備的優勢分析

陶瓷基復合材料主要將陶瓷作為基體，并通過復合陶瓷與各種纖維形成復合材料。由于其耐高溫性能更優，所以在當前的實踐中主要將陶瓷基負荷材料制作為高溫與耐磨制品，包括能源構件、滑動構件、刀具、發動機制件等?？傮w而言，陶瓷基復合材不僅具備著既陶瓷材料耐高溫、高硬高強和耐磨蝕的性能，同時還有效地克服了陶瓷的脆性，陶瓷基復合材料可滿足1 200 ℃～1 900 ℃的使用條件，因此在當前的天線罩制備中得到了重點應用[1]。

2 陶瓷基復合材料天線罩的主要制備工藝分析

2.1 無機先驅體浸漬燒成法

在應用無機先驅體浸漬燒成法制備陶瓷基復合材料的過程中，更加重視對陶瓷基本身具備的良好介電性能的保持，并著重落實對其抗雨蝕性能、抗熱沖擊性能、力學性能的強化。實踐中，設定氧化硅先驅體為硅溶膠，利用硅溶膠浸漬石英織物，經過熱處理后，相應浸漬了硅溶膠的石英織物轉變為石英纖維增強二氧化硅復合材料。對于該復合材料而言，其表面熔融溫度更加接近石英玻璃的熔融溫度(一般穩定在1 735 ℃左右)，屬于整體性能較為理想的高溫下再入型透波材料，將其應用于天線罩的制備能夠達到提升天線罩綜合性能的效果。

通過使用無機先驅體浸漬燒成法，可以在石英纖維增強二氧化硅復合材料的基礎上，制備出全向高純石英織物增強石英復合材料。相比于石英纖維增強二氧化硅復合材料而言，這種新材料在彎曲強度等方面有著更好的應用優勢。該復合材料的制備工藝如下所示：提取密度穩定自1 g/cm3的高純石英纖維織物，在510 ℃的條件下實施除膠處理；隨后引入硅烷偶聯劑對材料實施處理，促使其斷裂應變以及強度均得到提高；提取鈉含量相對較低的硅溶膠作為先驅體，將其pH值調整至1，并以此對石英織物實施浸漬處理；在溫度為85 ℃的條件下對完成浸漬處理的石英織物落實烘干處理，持續時間設定為16 h；完成烘干處理后，引入熱處理措施，控制溫度穩定在650 ℃左右，持續時間設定為4 h；對浸漬燒成過程展開重復性落實，循環至少6個周期以上；再循環浸漬燒成處理完成后，對所得材料表面實施致密化封孔處理，結合機械加工，完成基于該材料天線罩的制備。

2.2 有機先驅體浸漬燒成法

在應用有機先驅體浸漬燒成法制備陶瓷基復合材料的過程中，設定聚硅氧烷或是聚硅氮烷作為對石英纖維織物展開浸漬處理的樹脂，在完成對石英纖維織物的浸漬處理后，在蜂窩兩端加上相應石英纖維織物，構建起三明治結構，并適當提升溫度，促使聚硅氧烷或是聚硅氮烷(樹脂)可以進一步深入石英纖維織物中，并轉移至蜂窩內；在溫度不斷增高的條件下，樹脂會從原本的液體狀態轉變為粘彈態；當提升溫度至650 ℃后，能夠觀察到二氧化硅多孔基體(穩定在固體狀態下)的生成；在天線罩外壁的表面涂抹保護膜實施密封處理，一般選用內含二氧化鈦成分的聚硅氧烷作為保護膜涂料，同時實現防潮出處理。需要注意的是，若是溫度提升至900 ℃，則會裂解成為氮化硅。對于該材料而言，尤其制成的天線罩內包含著65%左右的纖維，整體彎曲強度相對較高，且在870 ℃的環境下(高溫環境下)可以保持一段時間內(5 min左右)的正常工作。

通過使用有機先驅體浸漬燒成法，可以制備出基于多種先驅體浸漬適應纖維織物復合材料的天線罩，主要工藝如下所示：設定甲基氫聚硅氮烷或者是含氫聚碳硅烷為先驅體，對石英纖維織物落實浸漬處理；在模壓、催化聚合后，將石英纖維織物轉移至氨氣環境內進行裂解，由此即可獲取上述負荷材料。一般情況下，在石英纖維織物的厚度穩定在不高于3 mm的水平時，將其轉移至氨氣環境內進行裂解即可實現對碳的有效剔除，保證復合材料內自由碳元素的穩定在不超過0.5%的水平。實踐中，出于對避免先驅體在裂解過程中出現收縮現象的考量，可以引入填料，顆粒狀、纖維狀等形狀均可。

需要注意的是，在復合材料制備的熱處理過程中，如果溫度提升至400 ℃以上，那么應用的有機先驅體內普遍會分解出自由碳元素，由此導致所得復合材料的電性能大幅下降。誠然，在后續的氨氣環境裂解處理中可以實現除碳，但是這種除碳工藝只有石英纖維織物的厚度相對較小的條件下才能夠獲得理想效果，如果需要進行尺寸較大的天線罩的制備，則氨氣環境裂解處理工藝的除碳現實效果難以達到理想水平[2]。為了避免上述問題對天線罩制備產生負面影響，在應用有機先驅體浸漬燒成法制備陶瓷基復合材料天線罩的過程中，必須要盡可能使用含碳量相對較低的有機先驅體，并適當下調裂解溫度，防止出現石英纖維織物的損傷。

2.3 無機鹽溶液浸漬固化法

在應用無機鹽溶液浸漬固化法制備陶瓷基復合材料的過程中，主要對基于石英纖維織物或是高硅氧纖維織物的預制件粉刷涂層，并在真空狀態下，將其放置于磷酸鹽溶液中落實浸漬處理；將溫度提升至150 ℃～200 ℃的范圍內，增高壓力至1 Mpa～1.5 Mpa的范圍內，對相應預制件實施固化處理。利用上述工藝所獲得的陶瓷基復合材料天線罩擁有更為理想的電性能穩定性，彎曲強度也相對較高，在1 200 ℃的條件下也可以正常使用。通常來說，當環境溫度穩定在1 500 ℃～1 800 ℃以下時，基于該復合材料的天線罩均能夠保持在正常工作的狀態下，性能理想。

3 陶瓷基復合材料天線罩制備的未來發展方向展望

誠然，陶瓷基復合材料具備著極為理想的耐高溫性、強度等，但是其中包含的陶瓷基脆性相對較高，在處于應力狀態下時，裂紋缺陷的概率大幅上升，容易引發陶瓷基復合材料的失效。為了緩解上述缺陷，需要重點選用強度、彈性相對較高的纖維與陶瓷基進行復合，從這一角度來看，選擇性能更優的纖維材料復合陶瓷基是陶瓷基復合材料天線罩制備的主流發展方向?；谶@樣的情況，石英纖維增強氮化硼陶瓷基復合材料應運而生。

對于石英纖維增強氮化硼陶瓷基復合材料而言，其有效地規避了陶瓷基材料的缺陷，且具有更為理想的耐高溫性、耐燒蝕性、透波性等，力學性能、化學穩定性也相對較高，因此將其應用于天線罩的制備具有極高的可行性與科學性。在石英纖維增強氮化硼陶瓷基復合材料中，包含著氮化硼成分，由于其分解溫度更高(一般為3 000 ℃)，賦予整個復合材料以更寬的溫度范圍，且在相應溫度范圍內，石英纖維增強氮化硼陶瓷基復合材料的熱穩定性、介電性良好。

4 結語

綜上所述，陶瓷基復合材不僅具備著既陶瓷材料耐高溫、高硬高強和耐磨蝕的性能，同時還有效地克服了陶瓷的脆性，因此在當前的天線罩制備中得到了重點應用。通過無機先驅體浸漬燒成法、有機先驅體浸漬燒成法、無機鹽溶液浸漬固化法的應用，能夠實現基于陶瓷基復合材料的天線罩的制備，且相應制備工藝，特別是陶瓷基復合材料的優化有著極高的發展前景。