石英纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料面向天线罩的应用研究

天线罩处于飞行器的*前端，承受飞行器在飞行中产生的机械应力和气动热产生的超高温度并且面临大气中雨滴的侵蚀和粒子的碰撞，同时要保证飞行器通信、遥测、制导、引爆等系统正常工作，是一种集防热、透波、承载、耐候等高性能要求为一体的结构/功能部件。 

天线罩材料经历了从聚合物材料发展至陶瓷材料的过程。聚合物基复合材料使用温度*高为400 ℃，而且容易老化。陶瓷具有共价键和离子键结构，其熔点高、高温力学性能良好、介电性能优异，已成为高马赫数飞行器天线罩的**材料。透波陶瓷材料主要包括氧化物、磷酸盐和氮化物等。氮化物具有强度高、热膨胀系数低和耐热性好等优点，相对于氧化物和磷酸盐具有明显优势。不同材料透波材料使用温度如图1所示。近20年来，氮化物材料一直是天线罩用透波材料的研究热点，氮化物陶瓷及其复合材料是未来透波材料的重要发展方向。

图1 不同透波材料使用温【8】

 连续纤维增强陶瓷基复合材料克服了纯陶瓷材料脆性大、强度低等缺点，同时兼具优异的透波性能、耐烧蚀性能以及力学性能等，已成为高温天线罩透波材料的研究热点。石英纤维具有耐高温、化学稳定性好、抗烧蚀、易编织等优点，同时具备宽频透波特性和优异的介电性能，在天线罩透波材料方面被广泛应用。氮化硼的分解温度高达3000 ℃，同时在很宽的温度范围内具有良好的介电性能和热稳定性。

相对于目前主流的耐高温透波材料，石英纤维增强氮化物陶瓷基复合材料具有明显的应用优势。前期，针对石英纤维增强氮化物复合材料的研究缺乏应用基础。高龙飞等针对石英纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料制备及性能开展研究。

该研究依托某型号天线罩应用为背景，以环硼氮烷为氮化硼陶瓷先驱体，采用2.5D石英纤维预制体为增强体，制备了2.5D SiO2f/BN复合材料，并表征了环硼氮烷的微观结构，考察了2.5D SiO2f/BN复合材料致密化效果并给出了2.5D SiO2f/BN复合材料致密层从外向内的密度变化趋势; 表征了2.5D SiO2f/BN复合材料的常温和高温力学性能，通过分析表明2.5D SiO2f/BN复合材料具有优异的力学性能; 测试了12 GHz～18 GHz下2.5D SiO2f/BN复合材料的介电性能，发现2.5D SiO2f/BN复合材料具有稳定的介电常数和较小的介电损耗角正切值，将研制的2.5D SiO2f/BN复合材料应用在某型号天线罩，实现了该复合材料在耐高温透波领域的应用。