本發(fā)明涉及導彈武器系統(tǒng)用防隔熱透波復合材料結構件制備技術領域，具體涉及一種雙層結構防隔熱透波復合材料結構件的制備方法，可用于高馬赫中程導彈用耐高溫防隔熱天線罩、天線窗等透波材料。
背景技術：
隨著航空航天技術的發(fā)展，導彈武器系統(tǒng)的飛行馬赫數(shù)不斷提高，飛行時間不斷增加，導致導彈天線罩的工作環(huán)境十分苛刻，外壁駐點部位的溫度高達1700℃以上，內壁的高溫(高達800℃)給彈頭內部的導引頭和天線的正常工作造成了較大的威脅。目前，國內多采用天線罩+防熱罩的組合方案，以達到降低內部導引頭和天線工作空間的溫度，但是隨著飛行時間的增加，長時間的氣動加熱會使得這種方案隔熱效果的急劇下降，同時該組合方案的透波損耗較大、占用天線罩內部空間較大，已不能滿足新一代導彈武器系統(tǒng)的需求。因此研制一種防隔熱、透波一體化結構的天線罩就顯得十分必要。
目前國內外還沒有一種承載、透波、耐高溫和防隔熱一體等綜合性能非常理想的天線罩材料。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是提供了一種雙層結構防隔熱透波復合材料結構件的制備方法，該復合材料結構件為具有耐高溫、防隔熱性能優(yōu)異，能夠滿足1700℃高溫使用要求，且隔熱效果優(yōu)異、具有透波性能良好的特點，
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種雙層結構防隔熱透波復合材料結構件的制備方法，所述結構件包括內層隔熱材料和外層防熱材料，包括以下步驟：
1)外層防熱材料制備：按照結構件外層結構尺寸的要求利用高強石英纖維和空心石英纖維制作石英纖維仿形織物，多輪浸漬硅溶膠，再經高溫燒結和機械加工得到外層石英復合陶瓷防熱材料；
2)氧化硅空心微球的制備：將正硅酸乙酯和正辛胺混合，攪拌均勻得到混合物，向混合物中加入去離子水，繼續(xù)攪拌生成白色沉淀物，過濾干燥，將干燥后的沉淀物由室溫升溫至600～700℃，在溫度為600～700℃條件下保溫4～6h，冷卻得到氧化硅空心微珠；
3)短切纖維增強氧化硅空心微珠漿料制備：將步驟2)制備得到的氧化硅空心微珠與磷硼硅玻璃混合均勻得到一級混合物，向一級混合物依次加入聚乙烯醇溶液和短切石英纖維，進一步混合均勻得到空心微珠漿料。
4)短切纖維增強氧化硅空心微珠漿料澆注成型：按照結構件尺寸設計澆注模具，其中，澆注模具由陰模、陽模和卸料環(huán)組成，將外層石英復合陶瓷防熱材料放入陰模中，外側緊貼陰模，內側放入陽模，然后將步驟3)得到的空心微珠漿料澆注入陽模和石英復合陶瓷防熱材料之間，排出氣泡，再加壓陽模將多余漿料擠出，根據(jù)陽模和陰模設定有定位和限位的配合面使外層石英復合陶瓷防熱材料內表面與陽模之間的空間形成內層隔熱材料；
5)結構件坯料的熱處理：將步驟4)坯料放置于熱處理爐中，由室溫升溫至700～900℃，在溫度為700～900℃條件下熱處理1～3h，隨爐冷卻，然后對熱處理后的坯料內型面進行修邊，即得到雙層結構防隔熱透波復合材料結構件。
6)然后對熱處理后的坯料內型面進行修邊，即得到雙層防隔熱透波復合材料結構件。
進一步地，所述步驟1)中，外層石英復合陶瓷防熱材料的密度為1.70～1.80g/cm3，熱導率為0.5～0.7W/m·K，介電常數(shù)為2.8～3.1。
再進一步地，所述步驟2)中，正硅酸乙酯和正辛胺按摩爾比為1∶1.2～1.5，攪拌轉速為500～700rpm；
再進一步地，所述步驟2)中，加入的去離子水與正硅酸乙酯的摩爾比為1∶100～130，繼續(xù)的攪拌時間為5～10min。
再進一步地，所述步驟2)中，干燥后的沉淀物置于馬弗爐中，馬弗爐的升溫速率為1～2℃/min。
再進一步地，所述步驟3)中，氧化硅空心微珠與磷硼硅玻璃的質量比為1∶0.5～1，加入的聚乙烯醇為一級混合物總質量5～7％，加入的短切石英纖維為一級混合物總質量的1～3％。
再進一步地，所述步驟4)中，內層材料的密度為0.8～0.9g/cm3，熱導率為0.2～0.3W/m·K，介電常數(shù)為1.9～2.1。
再進一步地，所述4)中，隔熱層的厚度為4～10mm。
再進一步地，所述步驟6)中，由室溫升溫至700～900℃的過程為：首先在時間為90～110min內，由室溫升溫至180～220℃，在溫度為180～220℃條件下保溫20～40min的，再在時間為180～220min內由180～220℃升溫至700～900℃。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明采用石英纖維增強石英復合陶瓷作為外層防熱材料，短切石英纖維增強氧化硅空心微珠陶瓷作為內層隔熱材料，然后經漿料澆注+高溫燒結成型實現(xiàn)了內外層材料的緊密結合，實現(xiàn)了耐高溫、防隔熱、透波等優(yōu)勢性能于一體。其特點如下：
1)該雙層結構充分利用石英纖維增強石英復合陶瓷材料力學性能、耐高溫、防熱性能和透波性能優(yōu)異的特點，短切纖維增強氧化硅空心微珠陶瓷隔熱和透波性能優(yōu)異的特點，將二者的優(yōu)勢集于一體；
2)該雙層結構以外層材料為內腔面，通過澆注+燒結成型，實現(xiàn)了兩層材料的無縫緊密結合，不僅降低了雙層結構件的透波損耗，同時節(jié)省了大量的空間，降低了制造的復雜性；
3)本發(fā)明制備雙層防隔熱透波結構件，集耐高溫、承載、透波、防隔熱的優(yōu)勢于一體，能夠滿足1700℃以上的高溫使用要求，同時材料內層面的溫度可降低至100℃以下，在中遠程導彈天線罩、天線窗上具有良好的應用前景。
附圖說明
圖1為實施例1的天線罩罩體的澆注示意圖。
具體實施方式
為了更好地解釋本發(fā)明，以下結合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于以下實施例。
實施例1
如圖1所示：某近程導彈雙層防隔熱透波天線罩罩體的制備：
(1)按照尺寸要求制作石英纖維仿形織物，然后多輪浸漬硅溶膠，經高溫燒結和機械加工得到密度為1.75g/cm3的外層石英復合陶瓷防熱材料4，即外層石英復合陶瓷罩體4；
(2)將正硅酸乙酯和正辛胺按照1：1.4摩爾比進行混合，然后室溫下以600rpm轉速電磁攪拌5min，然后按去離子水和正硅酸乙酯摩爾比1：110的量將去離子水加入上述混合物中，繼續(xù)攪拌5min，會有白色沉淀產生。然后將沉淀物過濾出來，在室溫下干燥。然后將干燥后的固體沉淀物放置于馬弗爐中，馬弗爐的升溫速率為1℃/min，在700℃下保溫6h，隨爐冷卻，可得到氧化硅空心微珠。
(3)將制備的氧化硅空心微珠與磷硼硅玻璃按質量比為1：0.5混合，將混合物攪拌均勻后，按混合物總質量的5％加入的聚乙烯醇溶液，混合物質量的1％加入短切石英纖維，進一步混合均勻，得到空心微珠漿料3。
(4)按照產品尺寸設計澆注模具，由陰模1、陽模2、卸料環(huán)組成。首先將外層石英復合陶瓷罩體4放入陰模1中，然后澆注空心微珠漿料，澆注過程中輔助以振動，排出氣泡，使?jié){料均勻填充，然后利用陽模2加壓將多余漿料擠出，然后利用卸料環(huán)拔出陽模2。經干燥后，得到罩體坯料。
(5)將罩體坯料放置于熱處理爐中，按照100min升溫至200℃，保溫30min，然后200min升溫至700℃，保溫3h，保溫結束后隨爐冷卻。
(6)然后對熱處理后的罩體內型面進行修邊，即可得到一種雙層防隔熱透波復合材料天線罩罩體。
實施例2
某中程導彈雙層防隔熱透波天線罩罩體的制備：
(1)按照尺寸要求制作空心石英纖維仿形織物，然后多輪浸漬硅溶膠，經高溫燒結和機械加工得到密度為1.70g/cm3的外層石英復合陶瓷罩體。
(2)將正硅酸乙酯和正辛胺按照1：1.2摩爾比進行混合，然后室溫下以500rpm轉速電磁攪拌3min，然后按去離子水和正硅酸乙酯摩爾比1：100的量將去離子水加入上述混合物中，繼續(xù)攪拌5min，會有白色沉淀產生。然后將沉淀物過濾出來，在室溫下干燥。然后將干燥后的固體沉淀物放置于馬弗爐中，馬弗爐的升溫速率為1℃/min，在700℃下保溫4h，隨爐冷卻，可得到氧化硅空心微珠。
(3)將制備的氧化硅空心微珠與磷硼硅玻璃按質量比為1：1混合，將混合物攪拌均勻后，按混合物總質量的6％加入的聚乙烯醇溶液，混合物質量的2％加入短切石英纖維，進一步混合均勻，得到空心微珠漿料。
(4)按照產品尺寸設計澆注模具，由陰模、陽模、卸料環(huán)組成。首先將外層石英復合陶瓷罩體放入陰模中，然后澆注空心微珠漿料，澆注過程中輔助以振動，排出氣泡，使?jié){料均勻填充，然后利用陽模加壓將多余漿料擠出，然后利用卸料環(huán)拔出陽模。經干燥后，得到罩體坯料。
(5)將罩體坯料放置于熱處理爐中，按照100min升溫至200℃，保溫30min，然后200min升溫至800℃，保溫2h，保溫結束后隨爐冷卻。
(6)然后對熱處理后的罩體內型面進行修邊，即可得到一種雙層防隔熱透波復合材料天線罩罩體。
實施例3
某中程導彈雙層防隔熱透波天線窗的制備：
(1)按照尺寸要求制作石英纖維仿形織物，然后多輪浸漬硅溶膠，經高溫燒結和機械加工得到密度為1.78g/cm3的外層石英復合陶瓷窗口件。
(2)將正硅酸乙酯和正辛胺按照1：1.3摩爾比進行混合，然后室溫下以700rpm轉速電磁攪拌3min，然后按去離子水和正硅酸乙酯摩爾比1：120的量將去離子水加入上述混合物中，繼續(xù)攪拌5min，會有白色沉淀產生。然后將沉淀物過濾出來，在室溫下干燥。然后將干燥后的固體沉淀物放置于馬弗爐中，馬弗爐的升溫速率為1℃/min，在600℃下保溫5h，隨爐冷卻，可得到氧化硅空心微珠。
(3)將制備的氧化硅空心微珠與磷硼硅玻璃按質量比為1：0.8混合，將混合物攪拌均勻后，按混合物總質量的7％加入的聚乙烯醇溶液，混合物質量的3％加入短切石英纖維，進一步混合均勻，得到空心微珠漿料。
(4)按照產品尺寸設計澆注模具，由陰模、陽模、卸料環(huán)組成。首先將外層石英復合陶瓷窗口件放入陰模中，然后澆注空心微珠漿料，澆注過程中輔助以振動，排出氣泡，使?jié){料均勻填充，然后利用陽模加壓將多余漿料擠出，然后利用卸料環(huán)拔出陽模。經干燥后，得到天線窗坯料。
(5)將天線窗坯料放置于熱處理爐中，按照100min升溫至200℃，保溫30min，然后200min升溫至700℃，保溫3h，保溫結束后隨爐冷卻。
(6)然后對熱處理后的罩體內型面進行修邊，即可得到一種雙層防隔熱透波復合材料天線窗。
其它未詳細說明的部分均為現(xiàn)有技術。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)明保護范圍。