本发明涉及一种碳纤维复合材料波导及其制备方法，属于复合材料结构设计和复合材料结构成型技术领域，应用于宇航微波波导的研制。
背景技术：
微波波导或谐振腔，是一种中空微波元器件，横截面呈圆形、矩形、复杂组合形状等，内部用于传输电磁波。通常要求波导内壁表面光滑，具有一定导电率，以满足电磁波传输低损耗、低失真的要求；此外为了实现电磁波极化、定向传输等要求，波导内腔还需设置迷宫状复杂几何特征，如凹槽、凸台、盲孔、台阶、中隔板等。
宇航领域微波天线、sar天线等单机产品大量使用波导元器件，如某sar天线单套需要使用近3000件喇叭状波导。目前波导通常采用铝合金制备，主要考虑在满足导电率较高的金属材料里面，铝合金在材料可获得性、密度(2.7g/cm3)、可加工性(可机械加工性、可焊性等)等方面具有一定优势。但是铝合金波导也存在不足，表现为，铝合金在空间高低温环境下热变形较大，使得波导内腔尺寸发生变化，导致微波传输信号产生在轨“漂移”，影响单机系统服役指标。对于具有复杂几何特征内腔的铝合金波导，目前只能采用分体加工→整体钎焊→组合加工的技术路线，加工难度大、周期较长，波导性能稳定性不佳。此外，大量使用的铝合金波导重量相当可观，也给单机系统重量带来了较大影响。
技术实现要素：
本发明解决的问题是：克服现有铝合金波导制备技术的不足，提出一种碳纤维复合材料波导及其制备方法。
本发明的技术解决方案是：
一种碳纤维复合材料制品的成型方法，所述的碳纤维复合材料制品中带有几何尺寸最大为0.1mm～0.5mm的盲孔或凸台，成型该制品中凸台或盲孔的方法步骤包括：
(1)制备制品的阳模；
(2)将短切碳纤维与树脂进行混合，得到胶液；
(3)将步骤(1)制备的阳模浸没于步骤(2)得到的胶液中，然后将温度升高20℃-30℃，之后再对胶液交替施加±0.1mpa压力，交替周期为10min-30min；
(4)将阳模从胶液中取出，冷却，使阳模表面胶液粘度上升至不流涎；
(5)固化，去除阳模，成型得到该制品中的凸台或盲孔。
所述的步骤(1)中，阳模为铝合金阳模。
所述的步骤(2)中，胶液中短切碳纤维质量百分比为15％-30％。
所述的步骤(4)中，去除阳模的方法为：采用溶液腐蚀法溶解铝合金阳模。
一种碳纤维复合材料波导，所述的碳纤维复合材料波导包括喇叭、方柱和法兰；喇叭位于方柱的上方，法兰位于方柱的下方；方柱内腔表面带有凸台阵列和盲孔，方柱内腔带有隔板；
所述的凸台几何尺寸最大为0.1mm～0.5mm，所述的盲孔几何尺寸最大为0.1mm～0.5mm，所述的隔板厚度尺寸为0.5mm～0.8mm。
一种碳纤维复合材料波导的成型方法，该方法的步骤包括：
第一步，制备波导铝合金阳模；
第二步，将短切碳纤维与树脂进行混合，得到胶液；
所述的短切碳纤维的长度不大于方柱内腔表面带有的凸台阵列和盲孔的最小几何尺寸；
第三步，将第一步制备的铝合金阳模浸没于第二步得到的胶液中，然后将温度升高20℃-30℃，然后对胶液交替施加±0.1mpa压力，交替周期为10min-30min；
第四步，将铝合金阳模从胶液中取出，冷却，使铝合金阳模表面胶液粘度上升至不流涎；
第五步，制备碳纤维预浸料，并将制备的碳纤维预浸料按铺层设计要求铺叠在第四步得到的铝合金阳模表面；
第六步，制备波导钢质阴模，钢质阴模为2件180°分瓣模对合而成，2件180°分瓣模对合后；
第七步，制备钢质固化模，钢质固化模带有内腔，钢质固化模的内腔与第六步制备的钢质阴模的外表面相匹配；
第八步，将第六步制备的钢质阴模合抱第五步制备的铝合金阳模，然后整体置于固化模内腔中；
第九步，对钢质阴模的大端面施加轴向压力；
第十步，对固化模加热，使碳纤维复合材料波导固化成型，然后降至室温；
第十一步，将钢质阴模从固化模中取出，并移除钢质阴模；然后采用溶液腐蚀法，溶解波导内腔的铝合金阳模，形成具有完整外形、内腔特征的碳纤维复合材料波导。
所述的第二步，将短切碳纤维与树脂进行混合，得到胶液，胶液中短切碳纤维质量百分比为15％-30％。
所述的第三步中，交替次数的确定方法为：当树脂固化度变化不大于5％-10％时停止施加压力。
所述的第六步中，钢质阴模的外形具有1°～15°的圆锥度。
按照具体使用树脂(包括短切碳纤维胶液用树脂、碳纤维预浸料用树脂)的固化制度，对固化模加热固化。
所述的第十一步，采用溶液腐蚀法溶解波导内腔的铝合金阳模时采用的腐蚀溶液强碱溶液。
有益效果
本发明的波导采用碳纤维复合材料材质，较铝合金波导，具有高低温下更优异的热稳定性优势，提高一个数量级以上，同时实现了波导轻量化(相同设计下减重40％以上)。
本发明的碳纤维复合材料波导经整体成型工艺制备，较传统铝合金波导分体机加-整体钎焊的工艺路线更快捷、稳定可靠，保障了波导内腔特征的高精度、高效、稳定实现。
本发明的碳纤维复合材料波导，采用短切碳纤维/树脂胶液正负压交替强迫浸渍铝合金阳模，实现了波导内腔微小几何尺寸特征的精确成型。
附图说明
图1为实施例的波导结构示意图；
图2为实施例中铝合金阳模的结构示意图；
图3为实施例中钢质阴模的结构示意图；
图4为实施例中固化模、钢质阴模、铝合金阳模以及碳纤维复合材料的组合示意图；1-定位压板、2-固化模、3-底板、4-定位销段、5-180°分瓣模、6-铝合金阳模、7-碳纤维复合材料波导；
具体实施方式
一种碳纤维复合材料波导，该波导包括喇叭、方柱和法兰；喇叭位于方柱的上方，法兰位于方柱的下方；方柱内腔表面带有凸台阵列和盲孔，方柱内腔带有隔板。
所述的凸台几何尺寸最大为0.1mm～0.5mm，所述的盲孔几何尺寸最大为0.1mm～0.5mm，所述的隔板厚度尺寸为0.5mm～0.8mm。
所述的波导材料为碳纤维复合材料。
一种碳纤维复合材料波导的制备方法，采用整体成型工艺方法制备，该方法的步骤包括：
第一步，制备波导铝合金阳模，该铝合金阳模作为铺层模；
第二步，将短切碳纤维与树脂进行混合，得到胶液，胶液中短切碳纤维质量百分比为15％-30％，得到的胶液具有流动性；
所述的短切碳纤维的长度不大于方柱内腔表面带有的凸台阵列和盲孔的最小几何尺寸；
第三步，将第一步制备的铝合金阳模浸没于第二步得到的胶液中，然后将温度升高20℃-30℃，此时胶液粘度下降；对胶液交替施加±0.1mpa压力，交替周期为10min-30min，交替次数以树脂固化度变化不大于5％-10％为宜；
第四步，将铝合金阳模从胶液中取出，冷却，使铝合金阳模表面胶液粘度上升至不流涎；
第五步，制备碳纤维预浸料，并将制备的碳纤维预浸料按铺层设计要求铺叠在第四步得到的铝合金阳模表面；
第六步，制备波导钢质阴模，钢质阴模为2件180°分瓣模对合而成，2件180°分瓣模对合后，外形具有1°～15°的圆锥度；
第七步，制备钢质固化模，钢质固化模带有内腔，钢质固化模的内腔与第六步制备的钢质阴模的外表面相匹配；
第八步，将第六步制备的钢质阴模合抱第五步制备的铝合金阳模，然后整体置于固化模内腔中；
第九步，对钢质阴模的大端面施加轴向压力，推动钢质阴模沿钢质固化模的内腔做轴向运动，产生沿钢质阴模径向的成型压力，作用于波导喇叭与方柱段，同时钢质阴模的小端面对波导法兰产生轴向挤压力，提供波导法兰成型压力；
第十步，对固化模加热，使碳纤维复合材料波导固化成型，降至室温；
第十一步，将钢质阴模从固化模中取出，并移除钢质阴模；然后采用溶液腐蚀法，溶解波导内腔的铝合金阳模，形成具有完整外形、内腔特征的碳纤维复合材料波导。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1所示，一种碳纤维复合材料波导，该波导包括喇叭、方柱和法兰；喇叭位于方柱的上方，法兰位于方柱的下方；方柱内腔表面带有凸台阵列和盲孔，方柱内腔带有隔板；
所述的凸台直径
所述的波导材料为碳纤维复合材料。
如图4所示，一种碳纤维复合材料波导的制备方法，采用整体成型工艺方法制备，该方法的步骤包括：
第一步，制备波导铝合金阳模6(如图2所示)作为铺层模，铝合金阳模6锥端设置与定位销钉4相匹配的定位孔；
第二步，将长度为0.2mm的短切碳纤维与树脂进行混合(混合比例15:85)，得到胶液，胶液中短切碳纤维质量百分比为15％，得到的胶液具有流动性；
第三步，将铝合金阳模6浸没于第二步得到的胶液中，然后将温度升高20℃-30℃，此时胶液粘度下降；对胶液交替施加±0.1mpa压力，交替周期为15min，交替次数以树脂固化度变化不大于10％为准；
第四步，将铝合金阳模6从胶液中取出，冷却，使铝合金阳模6表面胶液粘度上升至不流涎；
第五步，制备碳纤维预浸料，并将制备的碳纤维预浸料按铺层设计要求铺叠在第四步得到的铝合金阳模6表面，并设置约5％的厚度过盈量；
第六步，制备波导钢质阴模，钢质阴模为2件180°分瓣模5(如图3所示)对合而成，2件180°分瓣模5对合后，外形具有8°的圆锥度；
第七步，制备钢质固化模2，固化模2带有8°的圆锥度的圆锥孔内腔，固化模2的圆锥孔内腔与第六步制备的钢质阴模的外表面相匹配；
第八步，将第六步制备的钢质阴模合抱第五步制备的铝合金阳模6，然后整体置于固化模2内腔中；
第九步，将固化模2整体置于底板3上，用定位销钉4分别定位固化模2与定位压板1、定位压板1与铝合金阳模6；
对定位压板1施加压力，推动钢质阴模沿固化模2的内腔做轴向运动，产生沿钢质阴模径向的成型压力，作用于波导喇叭与方柱段，同时钢质阴模的小端面对波导法兰产生轴向挤压力，提供波导法兰成型压力；
第十步，对固化模2加热，使碳纤维复合材料波导7固化成型，降至室温；
第十一步，将钢质阴模从固化模2中取出，并移除钢质阴模；然后采用溶液腐蚀法，溶解波导内腔的铝合金阳模6，形成具有完整外形、内腔特征的碳纤维复合材料波导7。
经测试：所制备的碳纤维复合材料波导，平均重量14.5g，较相同构型铝合金波导35g减重59％，热稳定性由铝合金23×10-6k-1提升至碳纤维复合材料的2×10-6k-1，整体成型制备的碳纤维复合材料波导内腔微小几何尺寸特征成型精度优于0.02mm，经电磁测试，碳纤维复合材料波导电磁性能指标优于铝合金波导。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。