耐高温透波复材料与热结构复合材料一体化制备研究

天线罩/窗是"高超"眼睛的高温防护镜，兼具防热、承载和透波等多项功能。为有效提高"高超"天线罩/窗的耐高温和电气等综合性能，有效解决与周围热结构材料的连接问题及热膨胀不匹配等问题，本项目拟围绕透波功能材料与热结构材料一体化复合制备的科学问题开展工作。首先采用石英纤维（用于透波）与碳纤维（用于热结构）进行组合一体化编织，然后分别采用氮化物陶瓷先驱体（用于透波）和超高温金属化合物先驱体（用于热结构）对两种纤维编织区域分别浸渍，最后再共同烧成整体复合材料。由于两种区域的复合材料在热膨胀系数方面一致，所以高温热匹配问题将得到较好解决；透波区域实现了对石英和氮化物陶瓷的性能剪裁，具有耐高温和电气等综合性能；热结构区域的制备工艺与当前我室耐超高温复合材料制备工艺完全一致，所以工艺可行性较好。

全面完成了项目的任务要求，并利用该成果，所研制的耐高温透波材料分别于2011年12月及2012年9月完成两次试飞。概括如下：. 研究了裂解速率、裂解温度等因素对氮化硼陶瓷先驱体的陶瓷产率以及裂解产物性质的影响。陶瓷产率隨裂解速率升高而降低；裂解温度越高其产物密度和结晶度越高，稳定性越好，在升温速率10℃/min、1000℃裂解温度下，其陶瓷产率约为88.95wt%。. 研究了热处理工艺对硅氮氧纤维力学性能的影响规律。在空气气氛中，纤维强度随温度升高而降低，在1100℃处理后强度只有原纤维的40%左右；随着热处理次数的增加，纤维的强度有所下降，第一次处理后下降约20%，第二次处理以后下降约5%。. 采用PIP工艺制备了SiNOf/BN复合材料，并对影响其力学性能的关键因素进行研究。先驱体环硼氮烷对硅氮氧纤维浸润性较好，使得SiNOf/BN复合材料致密化效率高，经过2次PIP循环以后，即可达到较高密度。随着循环次数增加，SiNOf/BN复合材料孔隙率逐渐降低，密度逐渐提高，弯曲强度和弯曲模量随之提高。在800℃~1000℃裂解温度范围内，SiNOf/BN复合材料的弯曲强度和弯曲模量与裂解温度正相关，分别由800℃的128.9MPa和23.5GPa上升到1000℃的148.2MPa和26.2GPa；但在不同裂解温度下，SiNOf/BN复合材料的致密化行为保持一致。在1600℃热处理后，SiNOf/BN复合材料中的硅氮氧纤维因结晶和部分分解，失去增强功能，导致复合材料的力学性能严重下降。. 考察了SiNOf/BN复合材料的介电性能和热物理性能。在800℃~1000℃裂解温度范围内，由3.45上升到3.83；而其介电损耗角正切则由7.0下降到4.6x10-3。不同裂解温度制备的SiNOf/BN复合材料介电性能相差不大。在室温100℃和室温~200℃范围内，其比热分别为0.91kJ/kg⋅℃和0.97kJ/kg⋅℃，导热系数分别为1.2W/m⋅K和1.3W/m⋅K。在室温~800℃范围内，热膨胀系数为2.20~2.75 x10-6/K，其平均变化在10%范围以内。. 将SiNOf/BN和SiO2f/BN复合材料各项性能进行了对比研究，二者在介电性能和热稳定性方面相差不大，但是在耐高温性能方面，前者相对后者能够保持更强的高温力学性能。