双基体复合陶瓷天线罩罩体及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种双基体复合陶瓷天线罩罩体及其制备方法。该双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，包括如下步骤：1)纤维预制体的准备；2)纤维预制体的预处理；3)纤维预制体的浸渍复合；4)初始坯料的高温烧结；5)中间坯料的浸渍复合；6)罩体坯料的高温裂解；7)加工成型。本发明的双基体复合陶瓷天线罩罩体以石英纤维束作为增强体，以二氧化硅和氮化硅为双基体，可有效提高天线罩罩体的抗烧蚀和耐高温性能，且成本低、制备周期短。
【专利说明】
双基体复合陶瓷天线罩罩体及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及导弹用透波复合陶瓷材料制备技术领域，具体地指一种双基体复合陶瓷天线罩罩体及其制备方法。【背景技术】
[0002]天线罩是保护其内天线免受外界恶劣环境影响的外壳，导弹天线罩在导弹高速飞行过程中起着透波、防热、承载和抗烧蚀的作用，保证雷达系统对传输系数、瞄准误差和天线方向图畸变等电性能的要求。
[0003]超音速导弹具有高温声速的特点，天线罩容易因表面温度升高而受热振动影响， 石英复合陶瓷材料具有耐高温、抗烧蚀性能特点，是制备天线罩的理想材料。然而，随着导弹武器向高马赫、长航时方向的发展，对天线罩耐高温、抗烧蚀性能要求大大提高，目前的石英复合陶瓷材料逐渐不能适应抗烧蚀性能要求，限制了其应用范围。此外，目前制备天线罩罩体制备还存在原材料成本高、制备周期长的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是要提供一种双基体复合陶瓷天线罩罩体及其制备方法。该双基体复合陶瓷天线罩罩体以石英纤维束作为增强体，以二氧化硅和氮化硅为双基体，可有效提高天线罩罩体的抗烧蚀和耐高温性能，且成本低、制备周期短。
[0005]为实现上述目的，本发明所提供的双基体复合陶瓷天线罩罩体，它是由纤维预制体依次经过水煮和焙烧处理、第一次浸渍和高温烧结处理、第二次浸渍和高温裂解处理、最后加工成型的产品，所述纤维预制体由石英纤维束编织而成，所述石英纤维束表面在经过上述处理后从内至外依次复合有二氧化硅基体层和氮化硅基体层。
[0006]进一步地，所述二氧化硅基体层与氮化硅基体层的截面径向厚度之比为0.2?20: 1优选地，所述二氧化硅基体层与氮化硅基体层的截面径向厚度之比为1?10:1。
[0007]—种双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，包括如下步骤:
[0008]1)纤维预制体的准备:根据天线罩罩体的尺寸，采用石英纤维束编织成仿形的纤维预制体；
[0009]2)纤维预制体的预处理:将所得纤维预制体依次进行水煮和焙烧处理；[〇〇1〇] 3)纤维预制体的浸渍复合:将预处理后的纤维预制体浸没在高纯硅溶胶中，先进行抽真空处理0.2?0.8h，然后取出纤维预制体在50?60°C的温度条件下干燥24?96h;重复上述步骤5?6次，得到初始坯料；
[0011]4)初始坯料的高温烧结:将初始坯料放入高温烧结炉中进行高温烧结，使初始坯料的石英纤维束表面复合上二氧化硅基体层，得到中间坯料；
[0012]5)中间坯料的浸渍复合:将所得中间坯料浸没在含氢聚硅氧烷先驱体中，先进行抽真空处理0.2?0.8h，然后取出浸渍的中间坯料在110?130°C的温度条件下固化1?3h; 重复上述步骤3?4次，得到罩体坯料；
[0013]6)罩体坯料的高温裂解:将罩体坯料放入高温烧结炉中，在通氨气环境下进行高温裂解，从而在所述二氧化硅基体层的表面形成氮化硅基体层；
[0014]7)加工成型:将高温裂解后的罩体坯料机械加工成所需的尺寸，即可得双基体复合陶瓷天线罩罩体。
[0015]进一步地，所述步骤2)中，水煮处理为采用沸腾的高纯水水煮5?6h，焙烧处理为在350?450°C的温度条件下通氧焙烧。优选地，水煮处理为采用沸腾的高纯水水煮5.5h，焙烧处理为在400°C的温度条件下通氧焙烧。这样，可以除去纤维表面的有机环氧浸润剂。
[0016]进一步地，所述步骤3)中，高纯硅溶胶的密度为1.12?1.30g/cm3，高纯硅溶胶的温度为50?70°C，真空处理的真空度为-0.06?-0.08MPa。优选地，高纯硅溶胶的密度为 1.18?1.22g/cm3,高纯硅溶胶的温度为60°C，真空处理的真空度为_0.07MPa。
[0017]进一步地，所述步骤4)中，高温烧结为在900?1100°C的温度条件下烧结0.5? 1.5h。优选地，高温烧结为在1000 °C的温度条件下烧结lh。这样，可以将浸渍的二氧化硅基体陶瓷化，与纤维有更好的结合。
[0018]再进一步地，所述步骤5)中，含氢聚硅氧烷先驱体的密度为0.98?1.lg/cm3，含氢聚硅氧烷先驱体的温度为30?50°C，真空处理的真空度为-0.06?-0.08MPa。优选地，含氢聚硅氧烷先驱体的密度为0.99?1.0g/cm3，含氢聚硅氧烷先驱体的温度为40°C，真空处理的真空度为-0.〇7MPa。这样，可以将含氢聚硅氧烷先驱体更好地渗入初始坯料的空隙中。
[0019]更进一步地，所述步骤6)中，高温裂解为在800?1000°C温度条件下烧结1?3h。优选地，高温裂解为在900°C温度条件下烧结2h。这样，可以将含氢聚硅氧烷先驱体陶瓷化，与石英纤维束有更好的结合。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下优点:[〇〇21]其一，本发明制备的复合陶瓷天线罩罩体以石英纤维束作为增强体，石英纤维束表面从内至外依次复合有二氧化硅基体层和氮化硅基体层，且二氧化硅基体层与氮化硅基体层的厚度之比在0.2?20:1范围内可调，由于二氧化硅熔点为1750°C，氮化硅软化点为 1800°C且无熔点，从而可有效提高双基体复合陶瓷天线罩罩体的抗烧蚀和耐高温性能，且不影响材料的电性能。
[0022]其二，本发明以含氢聚硅氧烷先驱体作为制备氮化硅基体的原材料，其材料成本相对高纯硅溶胶降低50%以上，从而有效降低了复合陶瓷天线罩罩体的生产成本。【附图说明】
[0023]图1为制备本发明天线罩罩体时由石英纤维束编织而成的纤维预制体的纵截面结构示意图；
[0024]图2为本发明天线罩罩体制备完成后在石英纤维束表面复合有双基体层的横截面结构示意图；[〇〇25]图中:纤维预制体1、石英纤维束1.1、二氧化硅基体层1.2、氮化硅基体层1.3。 【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。[〇〇27] 实施例1:
[0028]—种双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，包括如下步骤:
[0029] 1)纤维预制体的准备:根据天线罩罩体的尺寸，采用石英纤维束编织成2.5D编织结构仿形的纤维预制体，其锥角为35°，高度为300mm，壁厚为10mm;
[0030]2)纤维预制体的预处理:将所得纤维预制体依次进行水煮和焙烧处理，其中，水煮处理为采用沸腾的高纯水水煮5h，焙烧处理为在350°C的温度条件下通氧焙烧。
[0031]3)纤维预制体的浸渍复合:将预处理后的纤维预制体浸没在密度为1.12g/cm3的高纯硅溶胶中(高纯硅溶胶的温度为50°C )，先进行抽真空处理0.2h，真空处理的真空度为-0.06Mpa，然后取出纤维预制体在50°C的温度条件下干燥24h;重复上述步骤5次，得到初始坯料；
[0032]4)初始坯料的高温烧结:将初始坯料放入高温烧结炉中进行高温烧结，其中，高温烧结为在900 °C温度条件下烧结0.5h，使初始坯料的石英纤维束表面复合上二氧化硅基体层，得到中间坯料；
[0033]5)中间坯料的浸渍复合:将所得中间坯料浸没在密度为0.98g/cm3的含氢聚硅氧烷先驱体中(含氢聚硅氧烷先驱体的温度为30°C)，先进行抽真空处理0.2h，真空处理的真空度为_〇.〇6Mpa，然后取出浸渍的中间坯料在110°C的温度条件下固化干燥lh;重复上述步骤3次，得到罩体坯料；
[0034]6)罩体坯料的高温裂解:将罩体坯料放入高温烧结炉中，在通氨气环境下进行高温裂解，其中，高温裂解为在800°C温度条件下烧结lh，从而在所述二氧化硅基体层的表面形成氮化硅基体层，其中，二氧化硅基体层与氮化硅基体层的截面径向厚度之比为20:1;
[0035]7)加工成型:将高温裂解后的罩体坯料机械加工成所需的尺寸，即可得双基体复合陶瓷天线罩罩体。[〇〇36] 实施例2:
[0037]—种双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，包括如下步骤:
[0038] 1)纤维预制体的准备:根据天线罩罩体的尺寸，编织成2.5D编织结构仿形的纤维预制体，其锥角为35°，高度为300mm，壁厚为10mm;[〇〇39]2)纤维预制体的预处理:将所得纤维预制体依次进行水煮和焙烧处理，其中，水煮处理为采用沸腾的高纯水水煮6h，焙烧处理为在450 °C的温度条件下通氧焙烧。
[0040]3)纤维预制体的浸渍复合:将预处理后的纤维预制体浸没在密度为1.30g/cm3的高纯硅溶胶中(高纯硅溶胶的温度为70°C)，先进行抽真空处理0.8h，真空处理的真空度为-0.0SMpa，然后取出纤维预制体在60°C的温度条件下干燥96h;重复上述步骤6次，得到初始坯料；[0041 ]4)初始坯料的高温烧结:将初始坯料放入高温烧结炉中进行高温烧结，其中，高温烧结为在1100 °C温度条件下烧结1.5h，使初始坯料的石英纤维束表面复合上二氧化硅基体层，得到中间坯料；
[0042]5)中间坯料的浸渍复合:将所得中间坯料浸没在密度为l.lg/cm3的含氢聚硅氧烷先驱体中(含氢聚硅氧烷先驱体的温度为50°C)，先进行抽真空处理0.8h，真空处理的真空度为-0.0SMpa，然后取出浸渍的中间坯料在130°C的温度条件下固化干燥3h;重复上述步骤 4次，得到罩体坯料；
[0043]6)罩体坯料的高温裂解:将罩体坯料放入高温烧结炉中，在通氨气环境下进行高温裂解，其中，高温裂解为在1000°c温度条件下烧结3h，从而在所述二氧化硅基体层的表面形成氮化硅基体层，其中，二氧化硅基体层与氮化硅基体层的截面径向厚度之比为10:1;
[0044]7)加工成型:将高温裂解后的罩体坯料机械加工成所需的尺寸，即可得双基体复合陶瓷天线罩罩体。
[0045]实施例3:
[0046]—种双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，包括如下步骤:[〇〇47]1)纤维预制体的准备:根据天线罩罩体的尺寸，采用石英纤维束编织成2.5D编织结构仿形的纤维预制体，其锥角为35°，高度为300mm，壁厚为10mm;[〇〇48]2)纤维预制体的预处理:将所得纤维预制体依次进行水煮和焙烧处理，其中，水煮处理为采用沸腾的高纯水水煮5.5h，焙烧处理为在400 °C的温度条件下通氧焙烧。
[0049]3)纤维预制体的浸渍复合:将预处理后的纤维预制体浸没在密度为1.21g/cm3的高纯硅溶胶中(高纯硅溶胶的温度为60°C)，先进行抽真空处理0.4h，真空处理的真空度为-0.07Mpa，然后取出纤维预制体在55°C的温度条件下干燥36h;重复上述步骤5次，得到初始坯料；
[0050]4)初始坯料的高温烧结:将初始坯料放入高温烧结炉中进行高温烧结，其中，高温烧结为在l〇〇〇°C温度条件下烧结lh，使初始坯料的石英纤维束表面复合上二氧化硅基体层，得到中间坯料；[〇〇51]5)中间坯料的浸渍复合:将所得中间坯料浸没在密度为1.0g/cm3含氢聚硅氧烷先驱体中(含氢聚硅氧烷先驱体的温度为40°C)，先进行抽真空处理0.5h，真空处理的真空度为-0.07Mpa，然后取出浸渍的中间坯料在120 °C的温度条件下固化干燥2h;重复上述步骤3 次，得到罩体坯料；[〇〇52]6)罩体坯料的高温裂解:将罩体坯料放入高温烧结炉中，在通氨气环境下进行高温裂解，其中，高温裂解为在900°C温度条件下烧结2h，从而在所述二氧化硅基体层的表面形成氮化硅基体层，其中，二氧化硅基体层与氮化硅基体层的截面径向厚度之比为0.2:1;
[0053]7)加工成型:将高温裂解后的罩体坯料机械加工成所需的尺寸，即可得双基体复合陶瓷天线罩罩体。[〇〇54] 实施例4:
[0055]—种双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，包括如下步骤:[〇〇56]1)纤维预制体的准备:根据天线罩罩体的尺寸，采用石英纤维束编织成2.5D编织结构仿形的纤维预制体，其锥角为35°，高度为300mm，壁厚为10mm;[〇〇57]2)纤维预制体的预处理:将所得纤维预制体依次进行水煮和焙烧处理，其中，水煮处理为采用沸腾的高纯水水煮5h，焙烧处理为在400 °C的温度条件下通氧焙烧。[〇〇58]3)纤维预制体的浸渍复合:将预处理后的纤维预制体浸没在密度为1.22g/cm3的高纯硅溶胶中(高纯硅溶胶的温度为70°C)，先进行抽真空处理0.4h，真空处理的真空度为-0.06Mpa，然后取出纤维预制体在50°C的温度条件下干燥72h;重复上述步骤6次，得到初始坯料；
[0059]4)初始坯料的高温烧结:将初始坯料放入高温烧结炉中进行高温烧结，其中，高温烧结为在l〇〇〇°C温度条件下烧结1.2h，使初始坯料的石英纤维束表面复合上二氧化硅基体层，得到中间坯料；
[0060]5)中间坯料的浸渍复合:将所得中间坯料浸没在密度为0.99g/cm3的含氢聚硅氧烷先驱体中(含氢聚硅氧烷先驱体的温度为45°C)，先进行抽真空处理0.7h，真空处理的真空度为_〇.〇7Mpa，然后取出浸渍的中间坯料在120°C的温度条件下固化干燥2.5h;重复上述步骤4次，得到罩体坯料；
[0061]6)罩体坯料的高温裂解:将罩体坯料放入高温烧结炉中，在通氨气环境下进行高温裂解，其中，高温裂解为在900°C温度条件下烧结2.5h，从而在所述二氧化硅基体层的表面形成氮化硅基体层，其中，二氧化硅基体层与氮化硅基体层的截面径向厚度之比为1:1;
[0062]7)加工成型:将高温裂解后的罩体坯料机械加工成所需的尺寸，即可得双基体复合陶瓷天线罩罩体。[〇〇63] 实施例5:
[0064]—种双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，包括如下步骤:
[0065]1)纤维预制体的准备:根据天线罩罩体的尺寸，采用石英纤维束编织的石英纤维布铺层缝合成仿形的纤维预制体；[〇〇66]2)纤维预制体的预处理:将所得纤维预制体依次进行水煮和焙烧处理，其中，水煮处理为采用沸腾的高纯水水煮6h，焙烧处理为在350°C的温度条件下通氧焙烧。
[0067]3)纤维预制体的浸渍复合:将预处理后的纤维预制体浸没在密度为1.18g/cm3的高纯硅溶胶中(高纯硅溶胶的温度为65°C)，先进行抽真空处理0.3h，真空处理的真空度为-0.0SMpa，然后取出纤维预制体在55°C的温度条件下干燥72h;重复上述步骤6次，得到初始坯料；
[0068]4)初始坯料的高温烧结:将初始坯料放入高温烧结炉中进行高温烧结，其中，高温烧结为在900°C温度条件下烧结lh，使初始坯料的石英纤维束表面复合上二氧化硅基体层， 得到中间坯料；
[0069]5)中间坯料的浸渍复合:将所得中间坯料浸没在密度为l.lg/cm3的含氢聚硅氧烷先驱体中(含氢聚硅氧烷先驱体的温度为50°C)，先进行抽真空处理0.6h，真空处理的真空度为-0.0SMpa，然后取出浸渍的中间坯料在120°C的温度条件下固化干燥2h;重复上述步骤 4次，得到罩体坯料；
[0070]6)罩体坯料的高温裂解:将罩体坯料放入高温烧结炉中，在通氨气环境下进行高温裂解，其中，高温裂解为在900°C温度条件下烧结lh，从而在所述二氧化硅基体层的表面形成氮化硅基体层，其中，二氧化硅基体层与氮化硅基体层的截面径向厚度之比为5:1;
[0071]7)加工成型:将高温裂解后的罩体坯料机械加工成所需的尺寸，即可得双基体复合陶瓷天线罩罩体。
[0072]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种双基体复合陶瓷天线罩罩体，它是由纤维预制体(1)依次经过水煮和焙烧处理、 第一次浸渍和高温烧结处理、第二次浸渍和高温裂解处理、最后加工成型的产品，其特征在 于:所述纤维预制体(1)由石英纤维束(1.1)编织而成，所述石英纤维束(1.1)表面在经过上 述处理后从内至外依次复合有二氧化硅基体层(1.2)和氮化硅基体层(1.3)。2.根据权利要求1所述的双基体复合陶瓷天线罩罩体，其特征在于:所述二氧化硅基体 层(1.2)与氮化硅基体层(1.3)的截面径向厚度之比为0.2?20:1。3.—种权利要求1所述双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，其特征在于，包括如下 步骤:1)纤维预制体的准备:根据天线罩罩体的尺寸，采用石英纤维束编织成仿形的纤维预 制体；2)纤维预制体的预处理:将所得纤维预制体依次进行水煮和焙烧处理；3)纤维预制体的浸渍复合:将预处理后的纤维预制体浸没在高纯硅溶胶中，先进行抽 真空处理0.2?0.8h，然后取出纤维预制体在50?60°C的温度条件下干燥24?96h;重复上 述步骤5?6次，得到初始坯料；4)初始坯料的高温烧结:将初始坯料放入高温烧结炉中进行高温烧结，使初始坯料的 石英纤维束表面复合上二氧化硅基体层，得到中间坯料；5)中间坯料的浸渍复合:将所得中间坯料浸没在含氢聚硅氧烷先驱体中，先进行抽真 空处理0.2?0.8h，然后取出浸渍的中间坯料在110?130 °C的温度条件下固化1?3h;重复 上述步骤3?4次，得到罩体坯料；6)罩体坯料的高温裂解:将罩体坯料放入高温烧结炉中，在通氨气环境下进行高温裂 解，从而在所述二氧化硅基体层的表面形成氮化硅基体层；7)加工成型:将高温裂解后的罩体坯料机械加工成所需的尺寸，即可得双基体复合陶瓷天线罩罩体。4.根据权利要求3所述的双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，其特征在于:所述步 骤2)中，水煮处理为采用沸腾的高纯水水煮5?6h，焙烧处理为在350?450 °C的温度条件下 通氧焙烧。5.根据权利要求3所述的双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，其特征在于:所述步 骤3)中，高纯硅溶胶的密度为1.12?1.30g/cm3。6.根据权利要求3所述的双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，其特征在于:所述步 骤3)中，高纯硅溶胶的温度为50?70°C，真空处理的真空度为-0.06?-0.08MPa。7.根据权利要求3所述的双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，其特征在于:所述步 骤4)中，高温烧结为在900?1100 °C的温度条件下烧结0.5?1.5h。8.根据权利要求3所述的双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，其特征在于:所述步 骤5)中，含氢聚娃氧烧先驱体的密度为0.98?l.lg/cm3。9.根据权利要求3所述的双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，其特征在于:所述步 骤5)中，含氢聚硅氧烷先驱体的温度为30?50°C，真空处理的真空度为-0.06?-0.08MPa。10.根据权利要求3所述的双基体复合陶瓷天线罩罩体的制备方法，其特征在于:所述 步骤6)中，高温裂解为在800?1000 °C温度条件下烧结1?3h。
【文档编号】C04B35/584GK106007760SQ201610316368
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】吴广力, 佘平江, 郭培江, 王芬
【申请人】湖北三江航天江北机械工程有限公司