[发明专利]半无机化隔热透波涂层材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于电子、航天行业的天线、天线罩、透波罩的隔热透波需求的涂层材料制备方法。

背景技术

高速飞行器在大气层中高超声速飞行时,受到空气强烈的压缩和摩擦,将大部分动能转化为热能,导致周围的空气温度急剧升高,而且热能迅速向飞行器表面传递。这种由于物体在大气层中高速飞行而产生的加热现象,称为“气动加热”。随着飞行马赫数的增加,气动加热将越趋严重,驻点区的空气温度以马赫数的平方成正比增加。当超过200℃时,飞行器结构材料的铝合金及天线载体也无法承受这样高的热载荷。因此,必须采取防热隔热措施,以防止高温条件下铝合金结构强度和刚度的损失,同时保证舱内仪器设备正常工作,提高飞行可靠性。当超音速飞行器以较高的马赫数在大气中飞行时,表面温度将达到350℃～600℃。天线通过与天线罩与载体共形，甚至天线本身与载体共形，载体的热传导使天线本身温度大量升高，天线受热变形引起精度下降，导致天线电性能下降甚至失效，同时天线耐受几百度的高温，热量很快传到天线底部及高频插座部分，造成后端的仪器设备失效。在这个温度范围内,有机涂层不能承受，会发生分解失去隔热作用，同时分解会产生游离碳，使透波率剧烈下降;而传统的低密度烧蚀隔热材料由于在这个温度范围内消融填料不能发挥作用,因此也没有明显的防热隔热效果，且烧蚀后形成游离碳影响天线罩的透波性能。为解决这个特定温度区间的热防护问题,必须寻求一种新的途径。采用具备隔热和透波性能的半无机化涂层无疑是解决这个问题的有效手段之一。

用含硅、碳、氮、硼元素的有机物作先驱体制造陶瓷材料是近十年来迅速发展起来的新型学科。它改变了传统上仅以无机物作陶瓷原料的局面，并因有机产品的多品种性而使合成具有既定结构和组成的新型陶瓷材料成为可能，同时也使高分子科学扩展了一个以陶瓷先驱体聚合物为研究对象的新领域。陶瓷先驱体材料是通过化学方法合成的一类有机聚合物，它可以在一定温度范围内发生裂解，转化为无定形或结晶体陶瓷。1975年矢岛圣使等人利用聚碳硅炕(PCS)，成功地制备出SiC陶瓷纤维，开辟了有机先驱体向无机陶瓷转化的新领域。

目前常用的隔热透波涂层包括玻璃涂层、陶瓷涂层、耐高温有机涂层等。玻璃涂层的优点在于耐温性好，容易满足耐温性要求，并且具有很好的透波性能，导热系数也较低，具有较好的隔热性能，但在制备玻璃涂层过程中，均需要对器件进行高温处理，温度一般高于800℃，容易使天线罩基体发生分解，或使天线发生变形或其他不利影响。陶瓷涂层制作方法有先驱体转化法和化学气相沉积法。先驱体转化(PIP)法是近些年发展起来的制备连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)的新工艺,它的基本过程为:用先驱体溶液或熔液浸渍纤维预制件,在一定条件下干燥或固化,然后高温裂解,重复浸渍—裂解过程数次即得纤维增强复合材料。先驱体转化(PIP)法制作涂层的工艺过程和制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的工艺过程相似。但先驱体在陶瓷化过程中会有小分子气体逸出，因此发生质量损失而导致体积收缩，使得涂层中会产生孔隙和裂纹等缺陷，影响到涂层的完整性和结合强度。

化学气相沉积法是传统的制备薄膜的技术，其原理是利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应，使得气态前驱体中的某些成分分解，而在基体上形成薄膜。化学气相沉积包括常压化学气相沉积、等离子体辅助化学沉积、激光辅助化学沉积、金属有机化合物沉积等。但沉积的膜层厚度均较薄，不能实现隔热要求。

传统的玻璃涂层、陶瓷涂层制备温度均高于800℃，高于800℃的制作温度，会使有机罩体分解，使金属天线变形。有机涂层工艺简单，与罩体或金属天线的结合强度高，透波性能好，但传统的有机涂层一般耐温低于400℃。同时有机涂层的共同特点是都含有大量碳元素，在高温下分解产生游离碳，使透波率剧烈下降。

发明内容

本发明的目的是针对目前陶瓷涂层、耐高温有机涂层的不足，提出了一种兼顾陶瓷涂层和有机涂层的优点的新涂层制备方法，以提高天线罩或天线耐外界高温能力和保证工作的可靠性。用本发明制备的涂层具有优良的透波性、隔热性和耐热性。