歡迎進入河南神玖天航新材料股份有限公司!
高超聲速導彈天線罩對材料性能的要求較一般導彈和飛機天線罩更為苛刻。高超聲速導彈在稠密大氣層內飛行時,空氣受到強烈的壓縮和劇烈的摩擦作用,產生氣動加熱現象。隨著導彈馬赫數的增加,氣動加熱非常嚴重。高速飛行時氣動加熱引起的溫度升高,大體與速度的平方成正比。導彈的速度越高,天線罩材料所要求的耐熱性越高。如在海平面高度,導彈以8~12倍聲速飛行時,天線罩溫度將高達2400℃。氣動加熱在天線罩罩壁產生很高的升溫速率(540~820℃),在天線罩的內部存在很大的熱應力,材料應具有良好的抗熱沖擊性能。高超聲速導彈飛行時縱向和橫向過載產生的剪力、彎矩和軸向力非常大,要求天線罩材料具有較高的力學性能。氣動加熱及氣動剪切力的作用,還會使天線罩表面發生燒蝕,因此天線罩材料應具有微燒蝕或燒蝕可控性。
隨著導彈飛行速度越來越快,導彈天線罩材料的發展歷程為:纖維增強樹脂復合材料——氧化鋁陶瓷——微晶玻璃——石英陶瓷——氮化物陶瓷——陶瓷基復合材料。
纖維增強樹脂復合材料與其它雷達罩應用情況相同,此處不再贅述。
**種商品化的高溫天線罩為氧化鋁陶瓷,在麻雀Ⅲ導彈和響尾蛇導彈中得到成功應用,優點是強度高、硬度高、抗雨蝕性能好,缺點是彈性模量和線脹系數大,抗熱沖擊性能差。微晶玻璃是一種玻璃陶瓷,堇青石是其主要結晶相,但成型工藝和條件復雜,難以控制。1950年代末美國Corning公司開發的微晶玻璃應用在“小獵犬”艦空導彈天線罩中。1970年代末以來中科院硅酸鹽研究所研制的3-3微晶玻璃組成與Corning公司的9606微晶玻璃極為接近,只是介電損耗相對偏高,是國內**種高溫天線罩材料,已成功應用于超聲速中低空防空導彈天線罩中。
氧化鋁、微晶玻璃僅適應于導彈飛行速度小于5倍聲速的天線罩。對于高超聲速導彈而言,天線罩候選材料主要有石英陶瓷、氮化硅和氮化硼陶瓷。石英陶瓷的抗熱沖擊性好,介電性能穩定,制造成本適中,已在美國“愛國者”和“潘興Ⅱ”導彈得到了應用,適用于3~5倍聲速的導彈天線罩。
石英陶瓷是綜合性能很好的天線罩材料,但石英陶瓷的抗雨蝕及抗粒子侵蝕性能較差,當導彈飛行速度大于6.5倍聲速時,石英陶瓷難以滿足導彈天線罩強度和可靠性要求。1970~1980年代發展了氮化硅和氮化硼等氮化物陶瓷主要應用于小于6倍聲速的導彈天線罩。國內哈爾濱工業大學、山東工業陶瓷研究設計院、中科院上海硅酸鹽研究所對氮化硼、氮化硅 、氮化鋁陶瓷及其復相陶瓷進行了深入研究。
高超聲速導彈天線罩要求材料具有優異的力學、介電、耐燒蝕及抗熱沖擊性能,現有的材料體系僅有連續纖維增強陶瓷基復合材料能夠滿足高超聲速導彈天線罩的應用要求。基體的作用是把載荷傳遞到纖維上,同時纖維發揮對基體的增強作用。石英纖維在各類纖維中綜合性能*為優異。
此外石英纖維化學穩定性好、抗熱沖擊、耐燒蝕、易于編制且介電性能優異,非常適合航天透波領域的應用。然而石英纖維在高溫處理時容易脆化,力學性能迅速下降,因此應加強高純耐高溫石英纖維的開發,改進其常溫和高溫力學性能。目前國內外主要以石英和BN兩種纖維為增強體制備陶瓷基透波復合材料。