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能应用在雷达天线罩上的材料——石英纤维

发布日期:2019/2/14 15:54:10 作者: 点击:

石英纤维又称石英玻璃纤维,是指二氧化硅含量在99.95%以上的石英玻璃晶体熔融拉制而成,丝径在1-15μm的特种玻璃纤维。它具有很高的耐热性,能长期在1050℃下使用,瞬间耐高温达1700℃,耐温性能仅次于碳纤维,同时具有卓越的电绝缘性和介电性能。石英纤维的生产非常依赖原材料的供应,通常是直接用高纯度的石英棒送至高温区熔化拉丝。一般在2000~2100℃下拉制。15402581151327359.jpg

雷达天线罩是航空飞行器实现通信、探测、火控、敌我识别、电子干扰等任务功能时重要的电磁透波窗口,用于保护雷达天线或整个微波系统在恶劣环境下能够正常工作,并使电磁波正常透过的一种结构/功能体。雷达天线罩选材的依据是高强度、高模量、耐候性好、介电性能好等,其中最主要的是介电性能,具体包括介电常数(ε)和损耗角正切(tanδ)。其中tanδ越大,电磁波能量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多;ε越大,电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大,从而导致镜像波瓣电平增加和传输效率降低。因此,要求雷达天线罩罩体材料的tanδ低至接近于零,ε尽可能低,以达到“最大传输”和“最小反射”的目的。


纤维增强树脂基复合材料是一类集结构、防热、透波于一体的功能复合材料,具有优良的电性能,介电常数ε和介电损耗tanδ都很小,同时具有足够的力学强度和适当的弹性模量,是实际应用最广的天线罩材料。


增强纤维为纤维增强树脂基复合材料的主要承力者,在复合材料中有较高体积含量。其介电常数一般高于树脂基体,因此是决定复合材料力学性能和介电性能的主要因素。


目前,雷达天线罩纤维增强树脂基复合材料的增强材料主要有玻璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维等。石英纤维就属于玻璃纤维的一种。


玻璃纤维具有高强度、优良的介电性能、耐腐蚀、吸湿性小以及尺寸稳定等优点,是天线罩最常用的增强材料,包括E玻璃纤维,S玻璃纤维、D玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维等。E玻璃纤维是一种无碱玻璃,是最早用于天线罩的增强材料,价格最低,但其电性能较差;S玻璃纤维是一种高强度玻璃纤维,力学性能是玻璃纤维中最好的,介电性能中等;D玻璃纤维又称低介电玻璃纤维,是国外专门为天线罩研制的一种玻璃纤维,ε和tanδ仅次于石英纤维和高硅氧玻璃纤维,但拉伸强度和模量较其他纤维低。高硅氧玻璃纤维以E玻璃纤维为基体,其SiO2含量可达91%~99%,性能介于E玻璃纤维和石英纤维之间。


石英纤维的介电性能是所有玻璃纤维中最好的,并且能够在较宽的频带范围内保持基本不变,因此可以实现天线罩的宽频透波性。


石英纤维在实际中得到很多的应用,如美国F-15战斗机第一代、第二代鼻锥天线罩都采用了石英纤维增强氰酸酯树脂复合材料作为夹层架构的蒙皮。国外第四代战斗机如美国F-22雷达罩都选用了宽频性能极佳的石英纤维。


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