個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用耐高溫透波材料及其性能研究進(jìn)展文摘介紹了國(guó)內(nèi)外高溫透波材料的發(fā)展現(xiàn)狀,并且對(duì)高溫透波材料的種類進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過(guò)對(duì)材料種類的分析與選擇,對(duì)影響材料透波性能的因素進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)現(xiàn)行透波材料及其透波理論體系的論述,對(duì)高溫透波材料存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞透波材料,介電常數(shù),透波原理前言高溫透波材料是指對(duì)波長(zhǎng)在1～1000mm、頻率在0.3～300GHz的電磁波在足夠高的溫度下的透過(guò)率>70%的材料[1]。一般情況下,在該頻率范圍內(nèi),透波材料適宜ε為1～4,tgδ為10-1～10-3,這樣才能獲得理想的透波性能與較小的插入損失[2]。結(jié)構(gòu)透波材料體系主要有耐高溫及常溫應(yīng)用的透波材料,這兩種材料體系的典型代表分別為陶瓷透波材料及聚合物基復(fù)合材料。陶瓷透波材料與聚合物基復(fù)合材料分別應(yīng)用于導(dǎo)彈、飛行器天線罩、天線窗以及雷天線罩等幾類產(chǎn)品。本文將重點(diǎn)介紹高溫透波材料即防熱型透波功能材料的研究工作。1高溫透波材料體系高溫透波材料是一種兼有耐高溫性能與透波性能的介質(zhì)材料,高溫透波材料體系主要有:陶瓷基復(fù)合材料與聚合物基復(fù)合材料。1.1陶瓷透波材料是一種兼有耐高溫性能與透波性能的介質(zhì)材料,高溫透波材料體系主要有:陶瓷基復(fù)合材料與聚合物基復(fù)合材料。陶瓷透波材料可分為氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。前者有氧化鋁陶瓷、石英陶瓷、氧化鈹陶瓷、微晶玻璃、堇青石陶瓷等等。非氧化物陶瓷主要有氮化硼(BN>和氮化硅(Si3N4>[3]。1.1.1氧化物陶瓷(1>氧化鋁陶瓷(Al2O3>在天線罩材料發(fā)展史上,氧化鋁陶瓷是繼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料之后最早被采用的單一氧化物陶瓷。用作透波材料時(shí),其Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%～99%。(2>微晶玻璃微晶玻璃是20世紀(jì)50年代中期美國(guó)康寧公司發(fā)現(xiàn)的一種新型無(wú)機(jī)材料。它是借助控制晶化的方法,使特定組成的透明玻璃失透晶化,形成無(wú)數(shù)直徑<1μm的微小晶粒,從而獲得性能優(yōu)異的不透明瓷質(zhì)材料,因在結(jié)構(gòu)上與陶瓷相似,故也稱為玻璃陶瓷。在60年代就被廣泛用來(lái)代替氧化鋁制造馬赫數(shù)在3～4的多種型號(hào)防空導(dǎo)彈天線罩。我國(guó)已成功地用3-3料微晶玻璃制造了飛行器天線罩。(3>堇青石陶瓷堇青石陶瓷是以堇青石為主晶相的陶瓷材料,用作透波材料的典型堇青石陶瓷是雷聲公司生產(chǎn)的RayceramⅢ,它是由泥漿澆鑄或等靜壓成型,然后加熱燒結(jié)而成。(4>石英陶瓷石英陶瓷為單一氧化物陶瓷,其主要成分與透明或半透明的熔融石英一樣都是二氧化硅,但由于采用泥漿澆注和燒結(jié)等陶瓷材料的制造方法,所得到的是不透明的陶瓷質(zhì)材料,故稱石英陶瓷。1.1.2氮化物陶瓷(1>Si3N4Si3N4是共價(jià)健強(qiáng)的陶瓷材料,具有高的原子結(jié)合強(qiáng)度,在高溫下幾乎不變形。Si3N4作為透波材料而引起人們興趣除了耐高溫外,還因?yàn)樗哂刑厥獾目篃釠_擊性和高強(qiáng)度,且硬度和強(qiáng)度在高溫下很少下降。作為透波材料,它既具有氧化鋁陶瓷的優(yōu)點(diǎn),又具有石英陶瓷的某些優(yōu)點(diǎn),因此作為新材料得到普遍的關(guān)注。(2>BNBN陶瓷多年來(lái)曾被考慮作為天線罩材料也是因?yàn)榕cSi3N4陶瓷一樣具有共價(jià)健而獲得耐高溫特性,它的介電性能接近石英,且隨溫度的變化較少。1.2聚合基復(fù)合材料1.2.1無(wú)機(jī)硅聚合物用無(wú)機(jī)硅聚合物DI-100和DI-200制作的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在超過(guò)538℃下具有較好的熱穩(wěn)定性,DI-200/石英復(fù)合材料允許使用縫合和整體雙層技術(shù),可達(dá)到其他任何透波材料無(wú)法相比的性能范圍[4]。1.2.2磷酸鹽基復(fù)合材料磷酸鹽基復(fù)合材料成型工藝與樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型工藝相近,磷酸鹽類作為基體材料出現(xiàn),而增強(qiáng)相多選用透波性能較好的纖維織物[5]。這類復(fù)合材料制備工藝簡(jiǎn)單,制備的復(fù)合材料熱性能、電性能優(yōu)良。最早在俄羅斯展開(kāi)應(yīng)用,目前,我國(guó)有許多研究機(jī)構(gòu)都開(kāi)始了對(duì)其材料體系的研究。1.2.3有機(jī)硅類復(fù)合材料文獻(xiàn)[6]報(bào)道稱有機(jī)硅復(fù)合材料是俄羅斯透波材料領(lǐng)域的主要材料,使用溫度>1500℃,但這種復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)的研究尚屬于空白。2國(guó)內(nèi)外耐高溫透波材料發(fā)展現(xiàn)狀2.1國(guó)外透波材料走在耐高溫微波透波材料研究前沿的國(guó)家是國(guó)和俄羅斯,主要有兩種不同的材料體系:分別為纖維增強(qiáng)磷酸鹽體系復(fù)合材料及氮化物類陶瓷材料及陶瓷復(fù)合材料。目前,兩國(guó)都主要從事透波結(jié)構(gòu)材料以及相關(guān)測(cè)試方法的研究。美國(guó)先后對(duì)氧化物體系以及氮化物體系進(jìn)行研究。1995年,在美國(guó)海軍部資助下,研究出以磷酸鹽為黏結(jié)劑,燒結(jié)溫度不超過(guò)900℃的無(wú)壓燒結(jié)氮化硅陶瓷材料[7]。1997年,在美國(guó)陸軍部資助下,研制出以無(wú)壓燒結(jié)SION納M陶瓷復(fù)合材料,應(yīng)用于超聲速飛行器[8]。美國(guó)波音宇航公司利用反應(yīng)燒結(jié)Si3Ni4的密度可控性,研制了輕質(zhì)透波材料[9]。美國(guó)海軍某研究室研制出的一種耐高溫玻璃材料Cornings’Pyroceram9606,這種材料是一種主要由堇青石組成的玻璃-陶瓷材料[10]。美國(guó)航空材料實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)5年的努力,開(kāi)發(fā)了一種用于制作天線罩的熔融石英維增強(qiáng)氧化硅材料[11]。美國(guó)新近開(kāi)發(fā)的無(wú)機(jī)硅聚合物(DI-100樹(shù)脂和D從數(shù)值計(jì)算入手,與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相對(duì)比,從而加深對(duì)理論的理解。(3>ε的預(yù)測(cè)與測(cè)定,尤其高溫狀態(tài)下,ε的變化規(guī)律,在無(wú)機(jī)材料測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)該是特需注意的問(wèn)題。測(cè)試的相關(guān)設(shè)備以及相關(guān)理論研究應(yīng)為重點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1仝毅,周馨我.微波透波材料的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào),1997。11(3>:1～52FellowsBJ.Investigationintothenatureofbioactivityinthecalciumphosphatesystem.In:CeramicsinClinicalApplica2tions,1986:283～2883彭望澤等.防空導(dǎo)彈天線罩.北京:宇航出版社,1987:175～1784曹運(yùn)紅,楊鴻昌.新型無(wú)機(jī)聚合物基復(fù)合材料.飛航導(dǎo)彈,2004。(4>:53～555Bryte.Highperformanceradome&antennamaterials.HighPerformanceComposites,1999。(7>:156AndrewFacciano.High2temperaturecompositeapplica2tionsforsupersonicmissileairframes.SAMPEJournal,2001。(1>:9～237TalmyIG,MartinCA,HaughtDAet.al.Electromag2neticWindow.US5573986,19968張大海,黎義,高文.高溫天線罩材料研究進(jìn)展.宇航材料工藝,2004。34(2>:14～169高冬云,王樹(shù)海,潘偉等.高速導(dǎo)彈天線罩用無(wú)機(jī)透波材料.現(xiàn)代技術(shù)陶瓷,2005。(4>:33～3510LewISD,SpannJR.Aassementofnewradomemate2rialasreplacementforpyroceram9606.In:Proceedingsofthe16thsymposiumonelectro2magneticwindows.WashingtonDC:NavalResearchLaboratory,1982:429～43611李金剛,曹茂盛,張永等.國(guó)外透波材料高溫電性能研究進(jìn)展.材料工程,2005。(2>:59～6212GoldenKE.ThepredictionandmeasureofdielectricpropertiesandRFtransmissionthroughablatingBNantennawin2dows.In:AIAA16ththermophysicalconference.PaloAlto,AIAA-81-1085,1981:23～2513胡連成,黎義,于翹.俄羅斯航天透波材料現(xiàn)狀考察.宇航材料工藝,1994。24(1>:48～5214張謨杰.俄羅斯導(dǎo)彈天線罩研制情況介紹———赴俄羅斯考察報(bào)告.制導(dǎo)與引信,1998。(1>:16～1915陳虹,張聯(lián)盟,羅文輝.透波陶瓷材料的研究現(xiàn)狀.陶瓷學(xué)報(bào),2003。24(3>:189～19216BartaJ,ManelaM.Si3N4andSi2N2Oforhighperform2anceradomes.MatrialsScienceandEngineering,1985。71:265～27217王磊.Si3N4基導(dǎo)彈天線罩材料的研究.山東大學(xué)碩士學(xué)位論文,200518LeeSangjin,KrivenWM.Fabricationoflowthermalex2pansionandlowdielectricceramicsubstratesbycontrolofmicro2structure.CeramicProcessingResearch,2003。4(3>:118～12119張偉儒,王重海,劉建等.高性能透波Si3N4-BN基陶瓷復(fù)合材料的研究.硅酸鹽通報(bào),2003。(3>:3～620閆聯(lián)生,李賀軍,崔紅.高溫陶瓷透波材料研究進(jìn)展.宇航材料工藝,2004。34(2>:14～1621崔文亮.熔融石英陶瓷的性能改進(jìn)研究.武漢理工大學(xué)碩士論文,200322徐常明,王士維,黃校先等.無(wú)壓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