一种内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构及其制备方法与流程

本发明属于电磁超表面制造，具体涉及一种内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构及其制备方法。

背景技术：

1、天线罩、天线窗等透波构件既是飞行器主体结构的重要组成部分，又是天线以及通讯系统的重要组成部分，能够保护天线系统不受高速飞行造成的恶劣气动环境影响、正常进行信号传输工作，是一种集透波、防热、承载和抗蚀等多功能于一体的部件。此外，为确保飞行器天线系统的隐身和抗干扰能力，要求透波材料以及结构具有选频透波特性。

2、频率选择表面(frequency selective surfaces，简称fss)是指由介质基底上周期性排布的金属贴片单元或孔径单元组成的二维周期结构。当工作波长与谐振单元尺寸一致时，能够使电磁波全反射(贴片型频率选择表面)或全透过(孔径型频率选择表面)，是一种对电磁波频率和极化方式均有选择作用的空间滤波器。频率选择表面具有的这种频率选择特性使其在开放空间内具有电磁波滤波器的性能，被广泛用于雷达天线罩、无线安全屏蔽、多频天线系统等领域。

3、飞行器的速度越来越快，导致天线罩等透波构件表面温度越来越高，很多已达1000℃以上甚至更高。目前，频率选择表面的基底材料多采用聚酰亚胺塑料膜或纤维/树脂基复合材料，耐温300℃-500℃以内，显然无法满足飞行器的高温需求。

4、目前工程应用的fss结构多为单层且位置在介质基底外表面，但是这种结构在高温气流冲刷条件下难以保持结构完整，并且很难满足系统带宽的要求，这时就需要使用内部fss或多层fss级联进行设计。中国专利cn109455924b、cn109678476b、cn109704796a使用带有耐高温频率选择表面(fss)结构陶瓷基片、水溶性有机膜、有机膜与浸胶布层用类似预浸料手糊成型的方式，通过层间浆料粘接以及烧去瓷片有机组分、溶解或烧去有机膜的方法制备了内部带有多层的fss结构的陶瓷基透波材料。上述系列专利的不足在于烧结生瓷片去除有机膜时生瓷片会有局部龟裂，有机膜很容易产生残留碳，且很难将超表面结构准确地放在介质层电厚度的正中间位置，实现其特殊地电调谐作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构及制备方法。

2、本发明所述的一种内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构的制备方法，包括以下步骤：

3、一种内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构的制备方法，包括以下步骤：

4、采用连续纤维制备织物，在织物内部特定位置制备fss层，并利用水溶性纤维沿着织物厚度方向制作多个定位销；

5、进行织物预处理，去除织物中利用水溶性纤维制成的定位销以得到定位孔，并去除纤维表面的浸润剂；

6、将预处理后的织物浸渍溶胶，然后进行凝胶和干燥，得到预制件；

7、将预制件进行烧结，得到坯体；

8、将坯体依据定位孔进行机械加工，得到内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构。

9、进一步地，所述fss层为周期性阵列排布的贴片或孔径型图案，所述fss层是单层、双层或多层。

10、进一步地，所述fss层的制备工艺为导电金属纤维编织、金属镀层纤维编织、金属靶磁控溅射中的一种；所述金属为银、金、铂、钯及其合金中的至少一种；所述fss层的厚度为5-50μm。

11、进一步地，所述定位销的长度为1-10mm，直径为0.1-0.3mm。

12、进一步地，所述去除织物中利用水溶性纤维制成的定位销，包括：将织物置于水浴锅中，60～100℃煮2～24h。

13、进一步地，所述溶胶为氧化硅、氧化铝、莫来石、硅铝混合溶胶中的一种；所述溶胶的固含量不低于10wt％；所述浸渍为真空浸渍，浸渍时间为1～2h，浸渍压力为1～4mpa，保压时间为2～24h。

14、进一步地，所述凝胶采用的升温速率为1～3min/℃，温度为60～90℃，保温时间为20～50h。

15、进一步地，所述干燥采用梯度升温干燥方式，升温速率为3～5℃/min，温度控制流程为：50℃1～2h，100℃1～2h，200℃1～2h。

16、进一步地，所述烧结是在800～1100℃保温0.5～1.5h，然后冷却至室温后取出。

17、本发明还提供一种采用上述方法制备的内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构。

18、和现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、(1)本发明的耐高温透波隐身结构，可以实现介质内部单层或多层fss结构的制备，解决了fss层在介质外表面时抗冲刷性能差、单层频选带宽窄难以满足设计要求的难题。

20、(2)本发明的耐高温透波隐身结构，可以耐受1000℃及以上的高温，解决了目前常用频率选择表面不能在高温条件下使用的难题。并且对构件形状没有限制，适用于任意形状天线罩、天线窗等透波构件内部fss结构的制备。

21、(3)本发明的耐高温透波隐身结构，通过对织物定位销的合理设置，浸渍参数和烧结温度的优化，提高fss层的位置精度和多层fss间的对位精度，继而提高天线罩、天线窗等构件产品频率选择性能，使复合材料的电性能设计与实际性能相匹配。

22、(4)本发明耐高温透波隐身结构中的fss层，可以针对天线罩、天线窗等透波构件不同区域服役温度的不同，选择不同耐温等级、不同电性能的金属(金属纤维或金属靶材)，最大程度降低了天线罩、天线窗等透波构件的制造成本。

技术特征：

1.一种内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述fss层为周期性阵列排布的贴片或孔径型图案，所述fss层是单层、双层或多层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述fss层的制备工艺为导电金属纤维编织、金属镀层纤维编织、金属靶磁控溅射中的一种；所述金属为银、金、铂、钯及其合金中的至少一种；所述fss层的厚度为5-50μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位销的长度为1-10mm，直径为0.1-0.3mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除织物中利用水溶性纤维制成的定位销，包括：将织物置于水浴锅中，60～100℃煮2～24h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶胶为氧化硅、氧化铝、莫来石、硅铝混合溶胶中的一种；所述溶胶的固含量不低于10wt％；所述浸渍为真空浸渍，浸渍时间为1～2h，浸渍压力为1～4mpa，保压时间为2～24h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凝胶采用的升温速率为1～3min/℃，温度为60～90℃，保温时间为20～50h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥采用梯度升温干燥方式，升温速率为3～5℃/min，温度控制流程为：50℃1～2h，100℃1～2h，200℃1～2h。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结是在800～1100℃保温0.5～1.5h，然后冷却至室温后取出。

10.根据权利要求1～9中任一项所述方法制备的内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构。

技术总结本发明属于电磁超表面制造技术领域，涉及一种内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构及其制备方法。该方法包括：采用连续纤维制备织物，在织物内部特定位置制备FSS层，并利用水溶性纤维沿着织物厚度方向制作多个定位销；进行织物预处理，去除织物中利用水溶性纤维制成的定位销以得到定位孔，并去除纤维表面的浸润剂；将预处理后的织物浸渍溶胶，然后进行凝胶和干燥，得到预制件；将预制件进行烧结，得到坯体；将坯体依据定位孔进行机械加工，得到内部含有频率选择表面的耐高温透波隐身结构。本发明可以实现介质内部单层或多层FSS结构的制备，解决了FSS层在介质外表面时抗冲刷性能差、单层频选带宽窄难以满足设计要求的难题。技术研发人员：崔凤单,谭宏祯,马嘉徽,张剑,于长清受保护的技术使用者：航天特种材料及工艺技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4