本發(fā)明涉及導(dǎo)彈武器系統(tǒng)用耐高溫、高強(qiáng)度陶瓷基透波復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷透波復(fù)合材料的制備方法，可用于超音速和高超音速導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的天線罩、天線窗耐高溫高強(qiáng)度透波復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
天線罩位于導(dǎo)彈武器的前端，是導(dǎo)彈武器控制制導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，起著承載、防熱、透波等功能，保證在惡劣飛行環(huán)境下通訊、遙測、制導(dǎo)、引爆等系統(tǒng)正常工作的作用。
隨著導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，目前各類先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的飛行速度多在4Ma以上，地地中程導(dǎo)彈的再入速度已達(dá)到10～12Ma，而新一代的遠(yuǎn)程導(dǎo)彈再入速度可達(dá)15～18Ma，這使得彈頭面臨的環(huán)境越來越惡劣，特別是中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈再入大氣層時遭受嚴(yán)重的高溫、高壓、噪聲、震動、沖擊和過載，其熱、力環(huán)境比主動段惡劣幾十倍乃至百倍，這就對導(dǎo)彈天線罩材料的耐高溫、高強(qiáng)度和透波等性能提出了越來越嚴(yán)峻的考驗。因此，應(yīng)用于高馬赫、長航時的耐高溫高強(qiáng)度天線罩材料是當(dāng)前的一大研究熱點，其在新一代大射程、高超音速、大過載武器系統(tǒng)天線罩上具有非常好的應(yīng)用前景。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是提供了一種晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷透波復(fù)合材料的制備方法，該方法制備的晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷透波材料能夠有效提升現(xiàn)有石英復(fù)合陶瓷材料的強(qiáng)度和耐熱性能，并改善材料的機(jī)械加工性能和表面質(zhì)量。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法，包括以下步驟：
1)穩(wěn)定的晶須分散液的制備：按質(zhì)量比為1～15：65～96：3～20分別稱取晶須、水和聚丙烯酸，再將晶須與水混合，超聲波分散得到混合液，然后向混合液中加入聚丙烯酸，多次攪拌混合均勻、得到穩(wěn)定的晶須分散液；
2)石英纖維仿形織物處理：將石英纖維仿形織物放入沸水中水煮10～20h，然后烘干；
3)將上述烘干的石英纖維仿形織物置于晶須分散液中振動浸漬，，然后將浸漬的石英纖維仿形織物取出干燥；
4)將步驟3)得到的干燥的石英纖維仿形織物置于硅溶膠中，常壓狀態(tài)下進(jìn)行水浴加熱濃縮浸漬復(fù)合，然后將浸漬復(fù)合后的罩體編織體取出干燥；
5)重復(fù)步驟3)～4)直至石英纖維仿形織物會發(fā)生硬化定型，形成粗坯；石英纖維仿形織物交替浸漬晶須分散液和硅溶膠，使得晶須充分地滲透入石英纖維仿形織物縫隙中，并與二氧化硅基體中均勻分散。
6)將粗坯進(jìn)行熱處理，除去晶須分散液中存在的有機(jī)雜質(zhì)；得到已硬化定型的仿形織物坯料；
7)再對步驟6)得到的仿形織物坯料重復(fù)上述步驟4)的工藝2～4次；得到坯體；
8)對坯體進(jìn)行熱處理，得到陶瓷毛坯，然后對陶瓷毛坯進(jìn)行機(jī)械加工至所需產(chǎn)品的尺寸，即晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷透波材料。
進(jìn)一步地，所述步驟1)中，晶須選自氮化硅晶須、氮化硼晶須、硼酸鹽晶須、二氧化硅晶須或氧化鋁晶須，晶須的直徑為5～20μm，其長徑比在10～50。采用高強(qiáng)度、高模量、大長徑比的微米級晶須材料對多孔性的石英復(fù)合陶瓷進(jìn)行微觀補(bǔ)強(qiáng)，有效地改善石英復(fù)合陶瓷機(jī)械加工時存在的嚴(yán)重掉渣和崩邊現(xiàn)象，提高了石英復(fù)合陶瓷材料的表面質(zhì)量和力學(xué)強(qiáng)度。
再進(jìn)一步地，所述步驟1)中，晶須、水和聚丙烯酸的質(zhì)量比為1～15：65～96：3～20。
再進(jìn)一步地，所述步驟1)中，超聲波分散時間20～50min；超聲波分散保證晶須彼此分散開來；攪拌速率為200～250轉(zhuǎn)/秒，攪拌次數(shù)為2～5次，每次時間為3～5min。攪拌保證晶須均勻、穩(wěn)定地分散在漿料中。
再進(jìn)一步地，所述步驟2)中，烘干溫度為60～150℃，烘干時間為8～20h。
再進(jìn)一步地，所述步驟3)中，浸漬時間為1～2h，干燥溫度為120～160℃，干燥時間為2～6h。浸漬期間輔助以振動，要求分散液表面泛起波紋，使得晶須分散液充分地滲透入仿形織物內(nèi)部。
再進(jìn)一步地，所述步驟4)中，硅溶膠的密度1.12～1.16g/cm3，水浴加熱濃縮浸漬過程中，硅溶膠水浴加熱溫度為50℃～100℃，直至濃縮硅溶膠的密度增加至1.20～1.25g/cm3時，停止浸漬復(fù)合。水浴加熱濃縮浸漬復(fù)合，可有效提高浸漬復(fù)合效率，提高材料的致密化速率。
再進(jìn)一步地，所述步驟4)中，干燥溫度為60～120℃，干燥時間為20～30h
再進(jìn)一步地，所述步驟6)中，熱處理溫度為350℃～500℃，時間為1～2h。
聚丙烯酸在300℃以上就會分解，熱處理的目的是充分除去粗坯中殘留的分散劑聚丙烯酸，從而保證陶瓷材料的介電性能。
再進(jìn)一步地，所述步驟8)中，熱處理溫度為800℃～1000℃，時間為1～2h，熱處理使得粗坯陶瓷化形成石英復(fù)合陶瓷材料。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明采用石英纖維仿形織物液相浸漬晶須分散液和硅溶膠，然后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備出了晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷透波材料，其特點如下：
1)該制備方法通過制備晶須分散液實現(xiàn)了納米級晶須的有效分散，然后采用交替液相浸漬晶須分散液和硅溶膠的工藝組合方法，實現(xiàn)了晶須材料在石英纖維仿形織物縫隙和二氧化硅基體中的均勻分散。
2)該制備方法充分利用了納米級晶須材料高強(qiáng)度、高模量和耐高溫性能好的特點，同時實現(xiàn)了晶須材料微觀補(bǔ)強(qiáng)和纖維材料宏觀補(bǔ)強(qiáng)的協(xié)同作用。
3)本發(fā)明制備的晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷材料，相比當(dāng)前的石英復(fù)合陶瓷，強(qiáng)度和耐熱性能可提升約30％，同時有效地改善了機(jī)械加工過程中存在的嚴(yán)重掉渣和崩邊現(xiàn)象，改善了機(jī)械加工的表面質(zhì)量。
具體實施方式
為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實施例。
實施例1：
某中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈耐高溫透波天線窗口的制備：
1)穩(wěn)定的晶須分散液的制備：將直徑為5微米～10微米，長徑比在10～25的硼酸鎂晶須與高純水按照3：92的質(zhì)量比混合，超聲波分散25min；然后按硼酸鎂晶須與聚丙烯酸質(zhì)量比3：5的配比向混合液中加入聚丙烯酸，然后按照220轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速攪拌3次，每次3min，得到混合均勻、穩(wěn)定的晶須分散液；
2)石英纖維仿形天線窗織物處理：將石英纖維仿形織物放入沸水中水煮12h，然后于110℃烘干10h；
3)將烘干的石英纖維仿形織物置于晶須分散液中，浸漬1h，并輔助于震動，要求分散液表面泛起波紋，然后將石英纖維仿形織物取出后130℃干燥3h；
4)將石英纖維仿形織物置于密度1.12～1.16g/cm3的硅溶膠中，常壓狀態(tài)下進(jìn)行60℃水浴加熱濃縮浸漬復(fù)合，直至硅溶膠的密度增加至1.20～1.25g/cm3時，停止浸漬復(fù)合；然后于80℃干燥20h；
5)重復(fù)步驟3)和4)后，直至石英纖維仿形織物會發(fā)生硬化定型，形成粗坯；
6)對步驟(5)中的粗坯400℃熱處理1h；
7)再對步驟6)得到的仿形織物坯料重復(fù)上述步驟4)的工藝2次；得到坯體；
8)對坯體進(jìn)行900℃熱處理2h，使其陶瓷化形成陶瓷毛坯。然后對陶瓷毛坯進(jìn)行機(jī)械加工至所需尺寸，即得到硼酸鎂晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷天線窗產(chǎn)品。
實施例2：
某超高速全程機(jī)動導(dǎo)彈天線罩的制備：
1)穩(wěn)定的晶須分散液的制備：將直徑為10微米～20微米，長徑比在15～30的氮化硅晶須與高純水按照5：85的質(zhì)量比混合，超聲波分散50min；然后按氮化硅晶須與聚丙烯酸質(zhì)量比5：10的配比向混合液中加入聚丙烯酸，然后按照250轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速攪拌3次，每次5min，得到混合均勻、穩(wěn)定的晶須分散液。
2)石英纖維仿形罩體織物處理：將石英纖維仿形織物放入沸水中水煮15h，然后于100℃烘干15h；
3)將烘干的石英纖維仿形織物置于晶須分散液中，浸漬1h，并輔助于震動，要求分散液表面泛起波紋，然后將石英纖維仿形織物取出后150℃干燥5h；
4)將石英纖維仿形織物置于密度1.12～1.16g/cm3的硅溶膠中，常壓狀態(tài)下進(jìn)行60℃水浴加熱濃縮浸漬復(fù)合，直至硅溶膠的密度增加至1.20～1.25g/cm3時，停止浸漬復(fù)合；然后于90℃干燥25h。
5)重復(fù)步驟3)和4)后，直至石英纖維仿形織物會發(fā)生硬化定型，形成粗坯；
6)對步驟5)中的粗坯450℃熱處理2h。
7)再對步驟6)得到的仿形織物坯料重復(fù)上述步驟4)的工藝2次；得到坯體；
8)對坯體進(jìn)行1000℃熱處理1h，使其陶瓷化形成陶瓷毛坯。然后對陶瓷毛坯進(jìn)行機(jī)械加工至所需尺寸，即得到氮化硅晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷天線罩產(chǎn)品。
實施例3
某超高速全程機(jī)動導(dǎo)彈天線罩的制備：
1)穩(wěn)定的晶須分散液的制備：將直徑為10微米～20微米，長徑比在15～30的氮化硅晶須與高純水按照5：90的質(zhì)量比混合，超聲波分散20min；然后按氮化硅晶須與聚丙烯酸質(zhì)量比5：8的配比向混合液中加入聚丙烯酸，然后按照230轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速攪拌3次，每次4min，得到混合均勻、穩(wěn)定的晶須分散液。
2)石英纖維仿形罩體織物處理：將石英纖維仿形織物放入沸水中水煮15h，然后于150℃烘干8h；
3)將烘干的石英纖維仿形織物置于晶須分散液中，浸漬1h，并輔助于震動，要求分散液表面泛起波紋，然后將石英纖維仿形織物取出后140℃干燥4h；
4)將石英纖維仿形織物置于密度1.12～1.16g/cm3的硅溶膠中，常壓狀態(tài)下進(jìn)行80℃水浴加熱濃縮浸漬復(fù)合，直至硅溶膠的密度增加至1.20～1.25g/cm3時，停止浸漬復(fù)合；然后于80℃干燥25h。
(5)重復(fù)步驟3)和4)后，直至石英纖維仿形織物會發(fā)生硬化定型，形成粗坯；
(6)對步驟(5)中的粗坯400℃熱處理2h。
(7)再對步驟6)得到的仿形織物坯料重復(fù)上述步驟4)的工藝3次；得到坯體；
(8)對坯體進(jìn)行900℃熱處理1h，使其陶瓷化形成陶瓷毛坯。然后對陶瓷毛坯進(jìn)行機(jī)械加工至所需尺寸，即得到氮化硅晶須增強(qiáng)石英復(fù)合陶瓷天線罩產(chǎn)品。
其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實施例對本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部實施例，人們還可以根據(jù)本實施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實施例，這些實施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。