耐高溫頻率選擇表面透波材料及其制備方法
【專利摘要】本發明屬于功能材料【技術領域】，具體涉及一種耐高溫頻率選擇表面透波材料及其制備方法。耐高溫頻率選擇表面透波材料是以耐高溫陶瓷基體為載體，具有諧振結構的頻率選擇表面附著于耐高溫陶瓷基體表面上。本發明的FSS為耐高溫的導電材料直接制備在陶瓷基體上，與柔性膜FSS相比較具有耐高溫的性能，可以滿足高馬赫數飛行下天線罩的隱身需求。本發明的FSS透波材料為多層FSS的復合，通過FSS諧振結構尺寸、形狀的參數的設計，可以有效控制入射電磁波的頻帶寬度和透過率，實現帶內高透過率、帶外抑制的隱身效果。
【專利說明】耐高溫頻率選擇表面透波材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于功能材料【技術領域】，具體涉及一種耐高溫頻率選擇表面透波材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]迄今為止天線罩只有介質天線罩和金屬(開窗)天線罩2種，介質天線罩的透明來自半波厚度的增透干涉效應，金屬天線罩的透明來自于自由空間傳播模式到波導模式的理想匹配，由于種種原因，上述兩種天線罩均不能很好的實現良好的全向高透、寬頻帶、頻率選擇等特殊要求。
[0003]根據理論計算，在不同介電常數的陶瓷介質表面被覆金屬層，通過對金屬層的表面結構(人工諧振微結構)的設計與加工可實現對電磁波寬頻帶(或多個頻點)、大角度范圍內的高透過率，即實現電磁波的頻率選擇。國內外各科研機構已基本完成諧振隧穿理論研究、平面金屬諧振結構等效介質理論研究等工作，因此，頻率選擇表面結構功能一體化材料的研制將極大的提高天線罩、天線窗等電磁介質元器件的性能，在軍工、民品領域均具有廣泛的應用前景。
[0004]目前資料報道的頻率選擇表面通常以金屬銅、銀、鋁等作為諧振結構層，這些諧振結構通過印刷電路板工藝、光刻鍍膜工藝、絲網印刷工藝等附著于聚酰亞胺等柔性膜上，通過裁剪貼敷于天線罩的內表面。隨著導彈飛行速度的提高，對透波頻帶寬度及隱身性能的要求，頻率選擇表面不僅應用于天線罩的內表面，還需要應用于外表面，因此，柔性膜結構的耐溫性能將不能滿足使用的要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種耐高溫頻率選擇表面透波材料，耐高溫、頻帶展寬、帶外抑制以及大入射角高透過率；本發明同時提供了耐高溫頻率選擇表面透波材料的制備方法，科學合理、簡單易行。
[0006]本發明所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料是以耐高溫陶瓷基體為載體，具有諧振結構的頻率選擇表面附著于耐高溫陶瓷基體表面上。
[0007]所述的頻率選擇表面的材料為耐高溫導電陶瓷或耐高溫導電金屬，耐高溫導電陶瓷或耐高溫導電金屬具有IX16SAi以上的電導率。
[0008]所述的耐高溫導電陶瓷為TiB2或TiN。
[0009]所述的耐高溫金屬為鉬、鎢或鑰中的一種。
[0010]所述的耐高溫陶瓷基體的材料為多孔氮化硅陶瓷材料。
[0011]本發明所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料的制備方法，步驟如下:
[0012](I)陶瓷基體:按照陶瓷原料處理-成型-燒成的制備工藝進行陶瓷基體的制備，根據設計要求的形狀尺寸進行加工，加工完畢進行清洗，除去加工帶入的雜質，備用；
[0013](2)頻率選擇表面:按照設計的頻率選擇表面的諧振結構形狀和尺寸精度，通過磁控濺射、真空蒸鍍或絲網工藝在陶瓷基體表面進行頻率選擇表面的制備；
[0014](3)頻率選擇表面透波材料:按照設計的多層結構，將制備的具有頻率選擇表面的陶瓷基體通過耐高溫無機粘結劑粘結在一起，即得。
[0015]步驟(3)中所述的無機粘結劑為磷酸二氫鋁粘結劑。
[0016]該透波材料由耐高溫陶瓷基體和頻率選擇表面組成，通常由兩層陶瓷基體、三層頻率表面相互疊加在一起組成，電磁波通過頻率選擇表面的作用提高入射電磁波的透過率或阻止電磁波的透過，達到控制電磁波傳輸特性，實現帶內高透過率、帶外抑制的隱身效果。
[0017]本發明所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料的制備方法，具體步驟如下:
[0018](1)陶瓷基體:按照陶瓷原料處理-成型-燒成的制備工藝進行陶瓷基體的制備，根據設計的形狀尺寸及精度進行加工，加工完畢進行清洗，備用；
[0019](2)頻率選擇表面FSS:①磁控濺射或真空蒸鍍工藝:按照設計的FSS諧振結構形狀和尺寸精度進行掩膜的加工制備；將掩膜與陶瓷基體組裝在一起，放入磁控濺射爐內在陶瓷基體上進行FSS諧振結構的制備，或在陶瓷基體表面進行整體磁控濺射或真空鍍膜后，通過激光刻蝕加工出所需要FSS結構，制備出陶瓷基體FSS復合材料絲網印刷工藝:按照設計的FSS諧振結構形狀和尺寸精度進行印刷網版的制備，在陶瓷基體上印刷FSS諧振結構，制備陶瓷基體FSS復合材料。
[0020](3)對制備的具有諧振結構的陶瓷基體FSS通過耐高溫無機粘結劑粘結在一起，即得。
[0021]本發明是制備一種耐高溫頻率選擇表面材料，用于電磁波傳輸特性控制，實現常溫及高溫下對入射電磁波頻帶展寬和帶外抑制以及大入射角高透過率。該耐高溫導電頻率選擇表面層具有耐1200°C以上的溫度，在常溫和高溫下對入射電磁波具有控制傳輸特性的作用，實現電磁波的完全透射或反射，應用于天線罩等透波材料提高其常溫及高溫透波性能，并具有隱身性能。
[0022]本發明為了解決現有技術中FSS諧振結構的耐溫性能低，提供一類具有耐高溫性能的FSS諧振結構制備技術。本發明的FSS諧振結構通過磁控濺射或絲網印刷工藝直接在耐高溫的陶瓷介質表面制備，形成耐高溫陶瓷/諧振結構復合材料，通過多層的陶瓷/諧振結構復合材料疊加，復合制備耐高溫的透波隱身材料，實現所設計的對電磁的傳輸特性的控制，達到耐高溫、頻帶展寬和帶外抑制以及大入射角高透過率的目的。
[0023]本發明與現有技術相比，具有如下有益效果:
[0024]本發明的FSS為耐高溫的導電材料直接制備在陶瓷基體上，與柔性膜FSS相比較具有耐高溫的性能，可以滿足高馬赫數飛行下天線罩的隱身需求；本發明除采用常用的導電金屬作為FSS的諧振結構材料外，還采用了耐高溫的導電陶瓷材料作為FSS的諧振結構材料；本發明的FSS透波材料為多層FSS的復合，通過FSS諧振結構尺寸、形狀的參數的設計，可以有效控制入射電磁波的頻帶寬度和透過率，實現帶內高透過率、帶外抑制的隱身效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是實施例1的諧振結構示意圖；圖中，左圖為中間層結構，右圖為表面層結構。
[0026]圖2是實施例1的復合結構示意圖。
[0027]圖3是實施例1制備的材料的透波性能圖。
[0028]圖4是實施例2制備的材料的透波性能圖。
[0029]圖5是實施例3的諧振結構示意圖。
[0030]圖6是實施例3制備的材料的透波性能圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結合實施例對本發明做進一步描述。
[0032]實施例1
[0033]設計的FSS復合材料為兩層陶瓷材料，三層諧振結構，表面諧振結構為正方形，中間諧振結構為網格，見圖1。以氮化硅為主要原料通過干壓成型，氮氣保護，在1700°C保溫2h，制備了介電常數為3.2、密度為1.8g/cm3的多孔氮化硅陶瓷材料為透波材料基體，將陶瓷基體放入高真空度非平衡磁控濺射爐內進行鍍膜，濺射靶材Ti純度99.995%，濺射氣體為氬氣，純度為99.999 %，反應氣體為氮氣，純度為99.999 %，直流射頻電流3A，基體偏壓150V，靶基距150mm，基體溫度260°C，濺射時間3000S。將基體表面鍍膜的材料通過激光刻蝕工藝制備了氮化鈦耐高溫諧振結構，將具有諧振結構基體通過磷酸二氫鋁粘結劑復合為多層透波復合材料。復合結構見圖2。通過測試其透波性能見圖3。
[0034]實施例2
[0035]設計的FSS復合材料為兩層陶瓷材料，三層諧振結構，表面諧振結構為正方形，中間諧振結構為網格，結構示意圖同實施例1。以氮化硅為主要原料通過干壓成型，氮氣保護，在1700°C保溫2h，制備了介電常數為3.2、密度為1.8g/cm3的多孔氮化硅陶瓷材料為透波材料基體，與實施例1的不同在于尺寸的改變，以380目絲網制備網版，采用鉬漿，通過絲網印刷工藝在陶瓷基體表面制備了鉬耐高溫諧振結構，將印有諧振結構的基體在1300°C，氮氣保護氣氛下熱處理，將具有諧振結構基體通過磷酸二氫鋁粘結劑復合為多層透波復合材料。通過測試其透波性能見圖4。
[0036]實施例3
[0037]設計的FSS復合材料為兩層陶瓷材料，三層諧振結構，表面諧振結構和中間諧振結構為相同的結構，見圖5。以氮化硅為主要原料通過干壓成型，氮氣保護，在1700°C保溫2h，制備了介電常數為3.2、密度為1.8g/cm3的多孔氮化硅陶瓷材料為透波材料基體，以380目絲網制備網版，采用鉬漿，通過絲網印刷工藝在陶瓷基體表面制備了鉬耐高溫諧振結構，將印有諧振結構的基體在1300°C，氮氣保護氣氛下熱處理，將具有諧振結構基體通過磷酸二氫鋁粘結劑復合為多層透波復合材料。通過測試其透波性能見圖6。
【權利要求】
1.一種耐高溫頻率選擇表面透波材料，其特征在于以耐高溫陶瓷基體為載體，具有諧振結構的頻率選擇表面附著于耐高溫陶瓷基體表面上。
2.根據權利要求1所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料，其特征在于所述的頻率選擇表面的材料為耐高溫導電陶瓷或耐高溫導電金屬，耐高溫導電陶瓷或耐高溫導電金屬具有I X106S/m以上的電導率。
3.根據權利要求2所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料，其特征在于所述的耐高溫導電陶瓷為TiB2*TiN。
4.根據權利要求2所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料，其特征在于所述的耐高溫金屬為鉬、鎢或鑰中的一種。
5.根據權利要求1所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料，其特征在于所述的耐高溫陶瓷基體的材料為多孔氮化硅陶瓷材料。
6.一種權利要求1-5任一所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)陶瓷基體:按照陶瓷原料處理-成型-燒成的制備工藝進行陶瓷基體的制備，根據設計要求的形狀尺寸進行加工，加工完畢進行清洗，除去加工帶入的雜質，備用； (2)頻率選擇表面:按照設計的頻率選擇表面的諧振結構形狀和尺寸精度，通過磁控濺射、真空蒸鍍或絲網工藝在陶瓷基體表面進行頻率選擇表面的制備； (3)頻率選擇表面透波材料:按照設計的多層結構，將制備的具有頻率選擇表面的陶瓷基體通過耐高溫無機粘結劑粘結在一起，即得。
7.根據權利要求6所述的耐高溫頻率選擇表面透波材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的無機粘結劑為磷酸二氫鋁粘結劑。
【文檔編號】B32B15/04GK104309226SQ201410551086
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】魏美玲, 王守興, 王重海, 王再義, 康麗敏 申請人:山東工業陶瓷研究設計院有限公司