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石英纖維又稱石英玻璃纖維,是指二氧化硅含量在99.95%以上的石英玻璃晶體熔融拉制而成,絲徑在1-15μm的特種玻璃纖維。它具有很高的耐熱性,能長期在1050℃下使用,瞬間耐高溫達1700℃,耐溫性能僅次于碳纖維,同時具有卓越的電絕緣性和介電性能。石英纖維的生產非常依賴原材料的供應,通常是直接用高純度的石英棒送至高溫區熔化拉絲。一般在2000~2100℃下拉制。
雷達天線罩是航空飛行器實現通信、探測、火控、敵我識別、電子干擾等任務功能時重要的電磁透波窗口,用于保護雷達天線或整個微波系統在惡劣環境下能夠正常工作,并使電磁波正常透過的一種結構/功能體。雷達天線罩選材的依據是高強度、高模量、耐候性好、介電性能好等,其中*主要的是介電性能,具體包括介電常數(ε)和損耗角正切(tanδ)。其中tanδ越大,電磁波能量在穿透天線罩過程中轉化為熱量而損耗的能量就越多;ε越大,電磁波在空氣與天線罩壁分界面上的反射就越大,從而導致鏡像波瓣電平增加和傳輸效率降低。因此,要求雷達天線罩罩體材料的tanδ低至接近于零,ε盡可能低,以達到“*大傳輸”和“*小反射”的目的。
纖維增強樹脂基復合材料是一類集結構、防熱、透波于一體的功能復合材料,具有優良的介電性能,介電常數ε和介電損耗tanδ都很小,同時具有足夠的力學強度和適當的彈性模量,是實際應用*廣的天線罩材料。
增強纖維為纖維增強樹脂基復合材料的主要承力者,在復合材料中有較高體積含量。其介電常數一般高于樹脂基體,因此是決定復合材料力學性能和介電性能的主要因素。
目前,雷達天線罩纖維增強樹脂基復合材料的增強材料主要有玻璃纖維、芳綸纖維和聚乙烯纖維等。石英纖維就屬于玻璃纖維的一種。
玻璃纖維具有高強度、優良的介電性能、耐腐蝕、吸濕性小以及尺寸穩定等優點,是天線罩*常用的增強材料,包括E玻璃纖維,S玻璃纖維、D玻璃纖維、高硅氧玻璃纖維等。E玻璃纖維是一種無堿玻璃,是*早用于天線罩的增強材料,價格*低,但其電性能較差;S玻璃纖維是一種高強度玻璃纖維,力學性能是玻璃纖維中*好的,介電性能中等;D玻璃纖維又稱低介電玻璃纖維,是國外專門為天線罩研制的一種玻璃纖維,ε和tanδ僅次于石英纖維和高硅氧玻璃纖維,但拉伸強度和模量較其他纖維低。高硅氧玻璃纖維以E玻璃纖維為基體,其SiO2含量可達91%~99%,性能介于E玻璃纖維和石英纖維之間。
石英纖維的介電性能是所有玻璃纖維中*好的,并且能夠在較寬的頻帶范圍內保持基本不變,因此可以實現天線罩的寬頻透波性。
石英玻璃纖維在實際中也得到很多的應用,如美國F-15戰斗機**代、第二代鼻錐天線罩都采用了石英纖維增強氰酸酯樹脂復合材料作為夾層架構的蒙皮。國外第四代戰斗機如美國F-22雷達罩都選用了寬頻性能極佳的石英玻璃纖維產品。