透波材料及纤维增强透波复合材料的研究进展

随着我国科研水平的进步和航天事业的发展，透波陶瓷材料是高马赫数飞行器天线罩（窗）的重要候选材料，其中氧化物和氮化物等陶瓷透波材料在航空航天领域的应用最为广泛，也是当下的研究热点。

石英陶瓷热膨胀系数较低、熔点较高、介电性能良好、化学稳定性优异、抗热冲击性能和抗热震性能突出。但石英陶瓷的力学性能较差、抗弯强度较低，不能满足当前天线罩（窗）用透波材料的要求。所以在实际应用中通常会引入第二相材料，例如氧化铝、氧化锆制成复合材料。

氮化硅陶瓷凭借较低的热膨胀系数、优异的高温性能，良好的透波性、导热性，耐腐蚀、耐磨损等，而被用于制造天线罩、天线窗。同时氮化硅属于原子晶体，原子结合的能力很强，是一种重要的结构陶瓷材料。但作为共价化合物，氮化硅陶瓷烧结困难，且在烧结过程中存在体积收缩和玻璃相残留等问题。根据目前研究现状来看，想要在航空航天领域大力发展氮化硅陶瓷透波材料，还需在制备耐高温、抗氧化焊料以及开发低成本焊料和焊接工艺上进一步研究。

随着高马赫数飞行器的快速发展，对天线罩（窗）用透波材料在力学性能、介电性能等综合性能提出了更高的要求，以适应高热力状态下的飞行环境，陶瓷透波材料已无法满足辐射、沙蚀、雨水冲蚀、高温、高荷载等恶劣极端环境下的应用需求。因此，纤维增强透波复合材料在原材料的基础上以更优异的性能，受到研究者的广泛关注，陶瓷纤维也成为热点话题。

陶瓷纤维是一种新型耐高温材料，避免了传统陶瓷材料本身脆性大的缺点。且具有耐高温抗氧化性、耐化学腐蚀性、力学性能优异、比模量高和密度低等优点。以上特点使陶瓷纤维在氧化性气氛或其他有害气氛中仍可以保持较高的强度，是航空航天领域优异的候选材料。

氧化硅纤维陶瓷作为一种新型超硬复合材料，凭借优良的力学性能和介电性能，是目前天线罩（窗）所用的出色的透波材料。但根据研究现状来看，氧化硅纤维增强透波复合材料仍存在高温条件下力学性能不稳定、强度较低等问题。

氧化铝纤维具有强度高、耐高温、耐侵蚀等优点，被人们认为是航空航天领域最有前景的高温材料之一。溶胶-凝胶法是当前找到的最佳制备氧化铝纤维的方法，但现存的主要问题是氧化铝纤维在烧结过程中，存在晶粒尺寸不易把握、晶相转变时间和温度难以控制的问题。

氮化硅纤维介电性能良好，耐高温抗氧化性能突出，力学性能优异，耐热震性能和耐化学腐蚀性能出色，热膨胀系数低，是制备高马赫导弹天线罩（窗）的理想材料。

陶瓷透波材料和纤维增强透波复合材料在航空航天领域存在巨大优势的同时也有需要加强改进的地方，研究者应充分发挥它们的发展潜力。未来陶瓷透波材料的研究应集中在以下几个方面：

（1）对大尺寸石英陶瓷天线罩制备技术与应用研究是下一步研究方向，同时对石英陶瓷材料裂纹、杂质、气孔等问题的研究也要进一步深入。

（2）氮化硅陶瓷需在制备耐高温、抗氧化焊料以及开发低成本焊料和焊接工艺上进一步研究。

（3）现有氧化硅纤维增强氧化硅基复合材料还需要解决高温条件下力学性能不稳定、强度较低等问题。

（4）氧化铝纤维在烧结过程中，晶粒尺寸不易把握以及晶相转变时间和温度难以控制的问题是后续研究的重点和难点。

（5）提升氮化硅纤维增强的陶瓷基复合材料的力学性能是未来要持续研究的方向。

参考文献：

[1]林道晴,张琪凯,侯振华,等.透波材料及纤维增强透波复合材料的研究进展[J/OL].现代化工:1-6[2024-04-22].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2172.TQ.20240402.1110.004.html.