[发明专利]一种复合材料缝隙波导天线的制备方法

说明书

本发明公开了一种复合材料缝隙波导天线的制备方法，包括以下步骤：首先将成型天线碳纤维织物预制体；然后经过化学气相沉积碳对织物进行定形，定形后对外形粗机加，再对其进致密，对外形精密加工后，对外形面进行保护后，再次循环致密，直至材料密度达到2.0‑2.3g/cm³，复合材料成型后，再对表面进行金属化。本发明方法可获得一种低密度、极低热膨胀系数、耐高温、抗热冲击的缝隙波导天线，重量比铝合金天线要低10‑20％，耐高温能力为1650℃，热膨胀系数为0.5‑3×10^‑6/℃，同时由于耐高温，可以采用铝合金与碳纤维增强树脂基复合材料无法采用的CVD或者RMI方法进行深宽比腔体的金属化处理。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种复合材料缝隙波导天线的制备方法。

背景技术

缝隙波导天线在航空航天领域的需求越来越迫切，由于一般天线都采用金属材质，同时由于尺寸越来越大，热变形也越来越大，以铝合金为例，其热膨胀系数约为24×10^-6/℃、密度2.7g/cm³，并需要多次焊接成型。由于宇航飞行器中的使用对于减重、尺寸稳定性的指标要求越来越高，因此铝合金固有的一些缺点已经限制了其进一步的应用。

年来，碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)金属化的缝隙波导天线也逐渐获得研究和利用，如申请号为CN201410717937.0公开一种缝隙共形天线，包括纤维、树脂和通孔，通过在导电碳纤维编织成的纤维布中形成具有特定形状和分布的镂空网眼，随后将纤维布浸入树脂胶膜制得预浸料，固化形成基板后，在纤维布的镂空网眼的位置进行开孔形成缝隙，制得缝隙共形天线。但是该技术存在高的深宽比腔体金属化难度高的问题，同时大尺寸的产品也存在局限性。而碳纤维增强增强陶瓷基复合材料有着密度低、热膨胀系数低、耐高温的优点，通过预制体织物预成型的方式制备复杂构形结构，同时远超铝合金和树脂基复合材料的耐高温性能，也意味着材料本体可以在高温下进行金属化。目前针对基于碳纤维增强陶瓷基复合材料金属化后的缝隙波导天线，在文献中未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有的碳纤维增强树脂基复合材料金属化的缝隙波导天线，存在高的深宽比腔体金属化难度高的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种复合材料缝隙波导天线的制备方法，包括以下步骤：

(1)预制体成型

采用针刺编制设备将碳纤维进行成形为2.5D织物预制体，成形后的织物密度控制在0.45-0.55g/cm³；

(2)化学气相沉积(CVD)碳

将步骤(1)中制得的预制体置于化学气相沉积炉中进行化学气相沉积(CVD)碳，得到低密度C/C复合材料，其中，沉积温度为900-1000℃，沉积后的低密度C/C复合材料的密度控制在0.6-0.7g/cm³；

(3)粗机加与陶瓷化

对低密度C/C复合材料外形面进行粗机加，随后进行陶瓷致密，经过多个循环至复合材料密度为1.7-1.9g/cm³；

(4)精机加与陶瓷化

对碳纤维增强陶瓷基复合材料外形面进行精机加，随后对外形面进行保护后，继续进行陶瓷致密，直至复合材料密度为2.0-2.3g/cm³；

(5)金属化后定型

对碳纤维增强陶瓷基复合材料表面进行深宽比腔体的金属化处理，得到密度为2.1-2.4g/cm³的复合材料缝隙波导天线(C/C-SiC材料)。