周韻寧

(21030419990501221X 遼寧 鞍山 114000)

1 陶瓷基復(fù)合材料用于天線罩制備的優(yōu)勢(shì)分析

陶瓷基復(fù)合材料主要將陶瓷作為基體，并通過(guò)復(fù)合陶瓷與各種纖維形成復(fù)合材料。由于其耐高溫性能更優(yōu)，所以在當(dāng)前的實(shí)踐中主要將陶瓷基負(fù)荷材料制作為高溫與耐磨制品，包括能源構(gòu)件、滑動(dòng)構(gòu)件、刀具、發(fā)動(dòng)機(jī)制件等。總體而言，陶瓷基復(fù)合材不僅具備著既陶瓷材料耐高溫、高硬高強(qiáng)和耐磨蝕的性能，同時(shí)還有效地克服了陶瓷的脆性，陶瓷基復(fù)合材料可滿足1 200 ℃～1 900 ℃的使用條件，因此在當(dāng)前的天線罩制備中得到了重點(diǎn)應(yīng)用[1]。

2 陶瓷基復(fù)合材料天線罩的主要制備工藝分析

2.1 無(wú)機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法

在應(yīng)用無(wú)機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法制備陶瓷基復(fù)合材料的過(guò)程中，更加重視對(duì)陶瓷基本身具備的良好介電性能的保持，并著重落實(shí)對(duì)其抗雨蝕性能、抗熱沖擊性能、力學(xué)性能的強(qiáng)化。實(shí)踐中，設(shè)定氧化硅先驅(qū)體為硅溶膠，利用硅溶膠浸漬石英織物，經(jīng)過(guò)熱處理后，相應(yīng)浸漬了硅溶膠的石英織物轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒗w維增強(qiáng)二氧化硅復(fù)合材料。對(duì)于該復(fù)合材料而言，其表面熔融溫度更加接近石英玻璃的熔融溫度(一般穩(wěn)定在1 735 ℃左右)，屬于整體性能較為理想的高溫下再入型透波材料，將其應(yīng)用于天線罩的制備能夠達(dá)到提升天線罩綜合性能的效果。

通過(guò)使用無(wú)機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法，可以在石英纖維增強(qiáng)二氧化硅復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，制備出全向高純石英織物增強(qiáng)石英復(fù)合材料。相比于石英纖維增強(qiáng)二氧化硅復(fù)合材料而言，這種新材料在彎曲強(qiáng)度等方面有著更好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。該復(fù)合材料的制備工藝如下所示：提取密度穩(wěn)定自1 g/cm3的高純石英纖維織物，在510 ℃的條件下實(shí)施除膠處理；隨后引入硅烷偶聯(lián)劑對(duì)材料實(shí)施處理，促使其斷裂應(yīng)變以及強(qiáng)度均得到提高；提取鈉含量相對(duì)較低的硅溶膠作為先驅(qū)體，將其pH值調(diào)整至1，并以此對(duì)石英織物實(shí)施浸漬處理；在溫度為85 ℃的條件下對(duì)完成浸漬處理的石英織物落實(shí)烘干處理，持續(xù)時(shí)間設(shè)定為16 h；完成烘干處理后，引入熱處理措施，控制溫度穩(wěn)定在650 ℃左右，持續(xù)時(shí)間設(shè)定為4 h；對(duì)浸漬燒成過(guò)程展開(kāi)重復(fù)性落實(shí)，循環(huán)至少6個(gè)周期以上；再循環(huán)浸漬燒成處理完成后，對(duì)所得材料表面實(shí)施致密化封孔處理，結(jié)合機(jī)械加工，完成基于該材料天線罩的制備。

2.2 有機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法

在應(yīng)用有機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法制備陶瓷基復(fù)合材料的過(guò)程中，設(shè)定聚硅氧烷或是聚硅氮烷作為對(duì)石英纖維織物展開(kāi)浸漬處理的樹(shù)脂，在完成對(duì)石英纖維織物的浸漬處理后，在蜂窩兩端加上相應(yīng)石英纖維織物，構(gòu)建起三明治結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)提升溫度，促使聚硅氧烷或是聚硅氮烷(樹(shù)脂)可以進(jìn)一步深入石英纖維織物中，并轉(zhuǎn)移至蜂窩內(nèi)；在溫度不斷增高的條件下，樹(shù)脂會(huì)從原本的液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎硰棏B(tài)；當(dāng)提升溫度至650 ℃后，能夠觀察到二氧化硅多孔基體(穩(wěn)定在固體狀態(tài)下)的生成；在天線罩外壁的表面涂抹保護(hù)膜實(shí)施密封處理，一般選用內(nèi)含二氧化鈦成分的聚硅氧烷作為保護(hù)膜涂料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)防潮出處理。需要注意的是，若是溫度提升至900 ℃，則會(huì)裂解成為氮化硅。對(duì)于該材料而言，尤其制成的天線罩內(nèi)包含著65%左右的纖維，整體彎曲強(qiáng)度相對(duì)較高，且在870 ℃的環(huán)境下(高溫環(huán)境下)可以保持一段時(shí)間內(nèi)(5 min左右)的正常工作。

通過(guò)使用有機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法，可以制備出基于多種先驅(qū)體浸漬適應(yīng)纖維織物復(fù)合材料的天線罩，主要工藝如下所示：設(shè)定甲基氫聚硅氮烷或者是含氫聚碳硅烷為先驅(qū)體，對(duì)石英纖維織物落實(shí)浸漬處理；在模壓、催化聚合后，將石英纖維織物轉(zhuǎn)移至氨氣環(huán)境內(nèi)進(jìn)行裂解，由此即可獲取上述負(fù)荷材料。一般情況下，在石英纖維織物的厚度穩(wěn)定在不高于3 mm的水平時(shí)，將其轉(zhuǎn)移至氨氣環(huán)境內(nèi)進(jìn)行裂解即可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳的有效剔除，保證復(fù)合材料內(nèi)自由碳元素的穩(wěn)定在不超過(guò)0.5%的水平。實(shí)踐中，出于對(duì)避免先驅(qū)體在裂解過(guò)程中出現(xiàn)收縮現(xiàn)象的考量，可以引入填料，顆粒狀、纖維狀等形狀均可。

需要注意的是，在復(fù)合材料制備的熱處理過(guò)程中，如果溫度提升至400 ℃以上，那么應(yīng)用的有機(jī)先驅(qū)體內(nèi)普遍會(huì)分解出自由碳元素，由此導(dǎo)致所得復(fù)合材料的電性能大幅下降。誠(chéng)然，在后續(xù)的氨氣環(huán)境裂解處理中可以實(shí)現(xiàn)除碳，但是這種除碳工藝只有石英纖維織物的厚度相對(duì)較小的條件下才能夠獲得理想效果，如果需要進(jìn)行尺寸較大的天線罩的制備，則氨氣環(huán)境裂解處理工藝的除碳現(xiàn)實(shí)效果難以達(dá)到理想水平[2]。為了避免上述問(wèn)題對(duì)天線罩制備產(chǎn)生負(fù)面影響，在應(yīng)用有機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法制備陶瓷基復(fù)合材料天線罩的過(guò)程中，必須要盡可能使用含碳量相對(duì)較低的有機(jī)先驅(qū)體，并適當(dāng)下調(diào)裂解溫度，防止出現(xiàn)石英纖維織物的損傷。

2.3 無(wú)機(jī)鹽溶液浸漬固化法

在應(yīng)用無(wú)機(jī)鹽溶液浸漬固化法制備陶瓷基復(fù)合材料的過(guò)程中，主要對(duì)基于石英纖維織物或是高硅氧纖維織物的預(yù)制件粉刷涂層，并在真空狀態(tài)下，將其放置于磷酸鹽溶液中落實(shí)浸漬處理；將溫度提升至150 ℃～200 ℃的范圍內(nèi)，增高壓力至1 Mpa～1.5 Mpa的范圍內(nèi)，對(duì)相應(yīng)預(yù)制件實(shí)施固化處理。利用上述工藝所獲得的陶瓷基復(fù)合材料天線罩擁有更為理想的電性能穩(wěn)定性，彎曲強(qiáng)度也相對(duì)較高，在1 200 ℃的條件下也可以正常使用。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定在1 500 ℃～1 800 ℃以下時(shí)，基于該復(fù)合材料的天線罩均能夠保持在正常工作的狀態(tài)下，性能理想。

3 陶瓷基復(fù)合材料天線罩制備的未來(lái)發(fā)展方向展望

誠(chéng)然，陶瓷基復(fù)合材料具備著極為理想的耐高溫性、強(qiáng)度等，但是其中包含的陶瓷基脆性相對(duì)較高，在處于應(yīng)力狀態(tài)下時(shí)，裂紋缺陷的概率大幅上升，容易引發(fā)陶瓷基復(fù)合材料的失效。為了緩解上述缺陷，需要重點(diǎn)選用強(qiáng)度、彈性相對(duì)較高的纖維與陶瓷基進(jìn)行復(fù)合，從這一角度來(lái)看，選擇性能更優(yōu)的纖維材料復(fù)合陶瓷基是陶瓷基復(fù)合材料天線罩制備的主流發(fā)展方向。基于這樣的情況，石英纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。

對(duì)于石英纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料而言，其有效地規(guī)避了陶瓷基材料的缺陷，且具有更為理想的耐高溫性、耐燒蝕性、透波性等，力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性也相對(duì)較高，因此將其應(yīng)用于天線罩的制備具有極高的可行性與科學(xué)性。在石英纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料中，包含著氮化硼成分，由于其分解溫度更高(一般為3 000 ℃)，賦予整個(gè)復(fù)合材料以更寬的溫度范圍，且在相應(yīng)溫度范圍內(nèi)，石英纖維增強(qiáng)氮化硼陶瓷基復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、介電性良好。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，陶瓷基復(fù)合材不僅具備著既陶瓷材料耐高溫、高硬高強(qiáng)和耐磨蝕的性能，同時(shí)還有效地克服了陶瓷的脆性，因此在當(dāng)前的天線罩制備中得到了重點(diǎn)應(yīng)用。通過(guò)無(wú)機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法、有機(jī)先驅(qū)體浸漬燒成法、無(wú)機(jī)鹽溶液浸漬固化法的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)基于陶瓷基復(fù)合材料的天線罩的制備，且相應(yīng)制備工藝，特別是陶瓷基復(fù)合材料的優(yōu)化有著極高的發(fā)展前景。