[发明专利]一种纳米SiO2增强的天线罩/天线窗防潮涂层的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种纳米SiO₂增强的石英陶瓷天线罩/天线窗防潮涂层的制备方法，是通过对纳米SiO₂进行表面处理，使其在树脂中分散更均匀，并通过有机硅树脂良好的流动性填充到SiO₂/SiO₂复合材料内部空隙，减缓应力集中；同时，纳米SiO₂在涂层表面形成微纳米级的粗糙结构，增加了涂层与陶瓷基体的粘结力。在SiO₂/SiO₂复合材料表面制备该涂层后，不易剥落，复合材料强度提高，介电性能基本保持不变，吸潮率大大降低，使用寿命显著延长。

技术领域

本发明属于陶瓷材料表面涂层领域，特别涉及一种陶瓷雷达天线罩/天线窗表面防潮涂层的制备方法，具体涉及一种纳米SiO₂增强的石英陶瓷天线罩/天线窗防潮涂层的制备方法及应用。

背景技术

飞行器雷达天线罩/天线窗是位于飞行器头部和侧面，用于保护雷达系统免受外界恶劣环境干扰，保护其正常工作的装置，应具有良好的透波性能及力学性能。近年来，随着飞行器的速度越来越快，对雷达天线罩/天线窗提出了更高的要求。SiO₂/SiO₂复合材料具有强度高、透波性好等优点，在雷达天线罩/天线窗领域展现了巨大的应用前景，目前已成功应用于美国“三叉戟”潜地导弹。石英纤维介电性能优异，可实现宽频率透波；SiO₂/SiO₂复合材料表面熔融温度可达1735℃，在再入气动条件下依然保持良好的完整性及力学性能，可参见【刘勇.石英纤维织物结构对二氧化硅基复合材料力学性能影响研究[D].南京航空航天大学,2013.】。但是，SiO₂/SiO₂复合材料内部为多孔结构，且材料表面存在大量的亲水基团，极易吸收空气中的水分子，导致材料吸潮，极大地降低了材料的力学性能和介电性能，可参见【尹正帅,刘义华,王芬,et al.烷基化改性对石英复合陶瓷材料性能的影响研究[J].航天制造技术,2015(5).】。

在雷达天线罩/天线窗表面制备高性能的防潮涂层，是降低陶瓷雷达天线罩/天线窗吸潮率，保护其力学性能和介电性能的重要方法。其中，有机硅树脂具有憎水防潮、耐高温性能好等优点，且主链为Si-O结构，在高温氧化后由Si-O网络组成的SiO₂层具有很好的透波性能，可参见【李俊生,张长瑞,王思青,et al.SiO₂/(Si₃N₄+BN)透波材料表面涂层的防潮性能和透波性能研究[J].涂料工业,2007(1):5-7.】。

发明内容

为了解决如何降低陶瓷雷达天线罩/天线窗吸潮率，保护其力学性能和介电性能的技术问题，本发明通过对有机硅树脂采用纳米颗粒改性，制备了一种工艺简单、与基体粘结强度高、防潮性能好的涂层材料，特别适用于陶瓷雷达天线罩/天线窗涂层，提供了一种纳米SiO₂增强的石英陶瓷天线罩/天线窗防潮涂层的制备方法，具体包括如下步骤：

(一)纳米SiO₂置于无水乙醇中，超声震荡20-30min，随后置于马弗炉中，在空气环境下于250-300℃干燥直至完全烘干；

(二)将KH550和醋酸溶液按照质量比1：(1-4)混合，搅拌0.5-1小时，制得混合溶液；将步骤(一)中获得的干燥纳米SiO₂粉末倒入混合溶液中，继续搅拌2-4小时；随后置于马弗炉中，60-80℃干燥直至完全烘干；其中纳米SiO₂粉末与KH550和醋酸混合溶液的质量比为1：(5-10)；

(三)将步骤(二)所得的粉末加入正硅酸乙酯的乙醇溶液中，加热至45-60℃均匀搅拌4-6小时，得混合溶液1；

(四)将混合溶液1缓慢滴入甲机硅树脂的乙醇/去离子水溶液中，调节pH值为2-4，保持恒温45-60℃，不断搅拌，直至无水乙醇和去离子水全部挥发，得到制备的涂层溶液；