一种夹层结构的耐高温雷达吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种夹层结构的耐高温雷达吸波材料，由内至外依次包括介质层Ⅰ、电阻型周期表面层和介质层Ⅱ，其中，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；所述电阻型周期表面层由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成。本发明专利技术的制备方法包括：先制备介质层Ⅰ的复合材料以及耐高温电阻涂料；再采用丝网印刷工艺，将耐高温电阻涂料印制在介质层Ⅰ的复合材料上，经干燥和烧结后，电阻型周期表面层即烧结在介质层Ⅰ的复合材料表面上；将介质层Ⅱ的复合材料铺设在电阻型周期表面层的表面，制成所述耐高温雷达吸波材料。本发明专利技术的耐高温雷达吸波材料可以耐受至少1000℃以上的高温，具有较好的耐高温性和优异的抗氧化性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达吸波材料领域，尤其涉及一种夹层结构的耐高温雷达吸波材料及其制备方法。
技术介绍
雷达吸波材料根据服役温度范围可以划分为常温(使用温度低于200℃)和高温两大类。相比而言，目前常温雷达吸波材料的研究比较成熟，而对高温雷达吸波材料的研究还处于积极探索中。目前已经公开报道了几种高温吸波陶瓷结构及其制备方法。ZL201110052115.1号中国专利公开了一种三层结构的碳化硅复合材料吸波陶瓷及其制备方法，该报道的吸波陶瓷由匹配层、损耗层和反射层组成，根据设计要求各功能层需具备不同的介电性能，制备的吸波陶瓷在8GHz～18GHz频段内的反射率可小于-9dB。ZL201110053460.7号中国专利公开了一种四层结构的碳化硅复合材料吸波陶瓷及其制备方法，该报道的吸波陶瓷由匹配层、损耗层、介质层和反射层组成，根据设计要求各功能层需具备不同的介电性能，制备的吸波陶瓷室温8GHz～18GHz频段内的反射率可小于-8dB，700℃高温考核下，其反射率低于-8dB的带宽仍有将近10GHz左右。但是以上公开的高温吸波陶瓷根据各功能层不同的电性能要求需制备出不同电阻率的碳化硅纤维，实现有一定难度，且成本较高；并且以上报道的吸波陶瓷均为多层结构，工艺较为复杂，工艺要求较高。针对以上专利存在的问题，ZL201410128311.6号中国专利公开了一种单层结构碳化硅复合材料的吸波陶瓷及其制备方法，其结构简单，厚度较薄，但介电常数的可调控性不强，仅能实现特定波段的吸波功能，可设计空间较小。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种耐高温雷达吸波材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种夹层结构的耐高温雷达吸波材料，由内至外依次包括介质层Ⅰ、电阻型周期表面层和介质层Ⅱ形成的夹层结构，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；所述电阻型周期表面层由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成。上述的耐高温雷达吸波材料，优选的，构成所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ的氧化物纤维增强氧化物基复合材料包括连续石英纤维增强氧化物基复合材料、连续铝硅酸盐纤维增强氧化物基复合材料、连续莫来石纤维增强氧化物基复合材料或连续氧化铝纤维增强氧化物基复合材料。本专利技术选取的这几种连续氧化物纤维增强氧化物复合材料不仅能够保证吸波材料产品具有好的力学性能和抗热震性能，还能保证吸波材料具有耐高温、抗氧化性能，其被耐高温电阻涂层覆盖后，仍具有所需的电性能。上述的耐高温雷达吸波材料，优选的，所述耐高温电阻涂层的材料体系为二氧化钌系玻璃基电阻涂层，所述耐高温电阻涂层的周期性图案是指呈矩阵式分布的正方形贴片图案，前述正方形贴片所在矩阵单元的边长为10mm～18mm，所述正方形贴片的边长与矩阵单元的边长的比值为0.60～0.85。二氧化钌系玻璃基电阻涂层能够保证吸波材料具有耐高温且电阻特性稳定的优势。上述的耐高温雷达吸波材料，优选的，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ的厚度为2～3mm；所述电阻型周期表面层的厚度为0.01～0.04mm。超材料是一种具有特殊电磁特性的人工周期结构，通过对周期结构参数及电性能参数的调节可使超材料具有较宽广的电磁参数调控范围，本专利技术将其应用在吸波材料中，更易实现阻抗匹配，同时利用其产生的电磁场多共振效应，可以突破传统吸波材料对电磁参数频散特性的限制，更易实现宽频吸波。本专利技术将超材料这种人工周期结构技术与复合材料技术相结合，可以利用超材料优异的电磁特性使吸波材料吸波性能具有较强的可设计性以及更好的吸波性能；同时又可以利用陶瓷基复合材料的优点使吸波材料具有较好的耐温性和力学性能。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述耐高温雷达吸波材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备介质层Ⅰ的复合材料以及耐高温电阻涂料；(2)采用丝网印刷工艺，将制备的耐高温电阻涂料印制在步骤(1)制备的介质层Ⅰ的复合材料上，经干燥和烧结后，电阻型周期表面层即烧结在介质层Ⅰ的复合材料表面上；(3)制备介质层Ⅱ的复合材料，将介质层Ⅱ的复合材料铺设在步骤(2)中制备得到的电阻型周期表面层的表面，制成所述耐高温雷达吸波材料。上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，介质层Ⅰ的复合材料的制备过程如下：先选取连续氧化物纤维织物作为介质层Ⅰ使用的增强材料，再在连续氧化物纤维织物的Z向方向上镶嵌铜丝(所述铜丝镶嵌的密度优选为0.5根/cm2～2根/cm2)，制得介质层Ⅰ的预成型体；再采用浸渍裂解工艺或溶胶-凝胶工艺对所述介质层Ⅰ的预成型体进行反复致密化，制得介质层Ⅰ复合材料前驱体；再将制备得到的介质层Ⅰ复合材料前驱体放置于浓硝酸中，腐蚀掉所有Z向分布的铜丝，得到Z向方向含有一定密度孔的复合材料，最后对复合材料进行机械加工，得到所需厚度的介质层Ⅰ复合材料。上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，耐高温电阻涂料的粘度为170～300pa·s，其制备方法如下：将玻璃原料粉体混合均匀后经1300℃～1500℃的温度熔炼1h～3h，然后将得到的玻璃熔体倒入去离子水中进行淬冷，得到玻璃，再将玻璃球磨成玻璃粉后先与RuO2粉混合均匀，再与有机载体混合均匀制成耐高温电阻涂料；其中，所述玻璃原料粉体中各化学组分的质量百分比分别为：SiO2 30％～50％；Al2O3 10％～25％；PbO 12％～25％；MgO 5％～15％；CaO 5％～10％；ZnO 3～10％；BaO 2％～8％和B2O3 1％～5％。上述玻璃球磨成玻璃粉的过程在玛瑙球磨罐中以丙酮为球磨介质进行球磨，球磨的工艺过程中，球料质量比为(2～3):1，球磨转速为380r/min～450r/min，球磨时间为6h～12h；球磨后的粉体过200目～400目筛。上述玻璃粉与RuO2粉的混合过程在行星式重力搅拌机中混合，行星式重力搅拌机的公转速度1280rpm～1500rpm，自转速度为公转速度的30％～60％，搅拌时间60～120min。上述玻璃粉与RuO2粉的混合粉料与有机载体的混合过程在三辊研磨机中进行，三辊研磨机的转速为250～450r/min，研磨混料时间为3～6h。上述的制备方法，优选的，所述RuO2粉的添加量占玻璃粉和RuO2粉总质量的45％～85％，所述耐高温电阻涂料中有机载体的质量分数为20％～25％；所述有机载体主要由质量分数为80％～90％的柠檬酸三丁酯、2％～5％的硝酸纤维素、10％～15％卵磷脂组成。上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，丝网印刷工艺过程中丝网目数为180～300目，印制遍数为1～3遍；干燥过程中的温度为150℃～250℃，干燥时间为2h～4h；烧结过程中峰值烧结温度为1000℃～1050℃，烧结过程中的升温速度为15℃/min～20℃/min，烧结时间为10min～60min。上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，制备介质层Ⅱ的复合材料的具体过程为：采用与介质层Ⅰ的复合材料中相同的氧化物纤维织物铺在步骤(2)制备的电阻型周期表面层上，再采用氧化物纤维穿过介质层Ⅰ的复合材料上的Z向孔洞以缝合的方式将氧化物纤维织物与介质层Ⅰ的复合材料连接成一个整体，制得预成型体；随后对预成型体进行反复致密化，得到所述耐高温雷达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种夹层结构的耐高温雷达吸波材料，其特征在于，所述耐高温雷达吸波材料由内至外依次包括介质层Ⅰ、电阻型周期表面层和介质层Ⅱ，其中，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；所述电阻型周期表面层由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成。

【技术特征摘要】
1.一种夹层结构的耐高温雷达吸波材料，其特征在于，所述耐高温雷达吸波材料由内至外依次包括介质层Ⅰ、电阻型周期表面层和介质层Ⅱ，其中，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；所述电阻型周期表面层由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成。2.如权利要求1所述的耐高温雷达吸波材料，其特征在于，构成所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ的氧化物纤维增强氧化物基复合材料包括连续石英纤维增强氧化物基复合材料、连续铝硅酸盐纤维增强氧化物基复合材料、连续莫来石纤维增强氧化物基复合材料或连续氧化铝纤维增强氧化物基复合材料。3.如权利要求1所述的耐高温雷达吸波材料，其特征在于，所述耐高温电阻涂层的材料体系为二氧化钌系玻璃基电阻涂层，耐高温电阻涂层的周期性图案是指呈矩阵式分布的正方形贴片图案，前述正方形贴片所在矩阵单元的边长为10mm～18mm，所述正方形贴片的边长与矩阵单元的边长的比值为0.60～0.85。4.如权利要求1～3任一项所述的耐高温雷达吸波材料，其特征在于，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ的厚度为2～3mm；所述电阻型周期表面层的厚度为0.01～0.04mm。5.一种如权利要求1～4中任一项所述的耐高温雷达吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备介质层Ⅰ的复合材料以及耐高温电阻涂料；(2)采用丝网印刷工艺，将制备的耐高温电阻涂料印制在步骤(1)制备的介质层Ⅰ的复合材料上，经干燥和烧结后，电阻型周期表面层即烧结在介质层Ⅰ的复合材料表面上；(3)制备介质层Ⅱ的复合材料，将介质层Ⅱ的复合材料铺设在步骤(2)中制备得到的电阻型周期表面层的表面，制成所述耐高温雷达吸波材料。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，介质层Ⅰ的复合材料的制备过程如下：先选取连续氧化物纤维织物作为介质层Ⅰ使用的增强材料，再在连续氧化物纤维织物的Z向方向上镶嵌铜丝，其中铜丝镶嵌的密度为0.5根/cm2～2根/cm2，制得介质层Ⅰ的预成型体；再采用浸渍裂解工艺或溶胶-凝胶工艺对所述介质层Ⅰ的预成型体进行反复致密化，制得介...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海韬，戴全辉，田浩，杨晓树，郝璐，程海峰，黄文质，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43