應用在雷達天線罩上的材料——石英纖維材料介紹

發布日期：2023-05-22 14:31:11 點擊：

石英纖維

石英纖維又稱石英玻璃纖維，是指二氧化硅含量超過99.95% 的石英玻璃晶體由熔融、絲直徑為1-15μm 的特種玻璃纖維制成。耐熱性高，可在1050 °C 長時間使用，瞬間高溫可達1700 °C，耐熱性僅次于碳纖維，具有優良的電絕緣和介電性能。石英纖維的生產很大程度上取決于原材料的供應，通常高純度的石英棒是直接送到熔絲拉絲的高溫區的。一般在2000 ~ 2100 °C 下控制

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，其中最主要的是介電性能，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“最大傳輸”和“最小反射”的目的。

纖維增強樹脂基復合材料是一種集結構、隔熱和透波于一體的功能復合材料。它具有優異的介電性能，較小的介電常數ε和介電損耗tanδ，足夠的機械強度和合適的彈性模量，是應用最廣泛的天線罩材料。

增強纖維為纖維可以增強樹脂基復合結構材料的主要承力者，在復合建筑材料發展中有一個較高體積含量。其介電常數一般水平高于樹脂基體，因此是決定復合材料工程力學性能和介電性能的主要影響因素。

目前，天線罩纖維增強樹脂基復合材料的主要增強體是玻璃纖維、芳綸纖維和聚乙烯纖維。石英纖維是一種玻璃纖維。

玻璃纖維具有強度高、介電性能優異、耐腐蝕、吸濕性小、尺寸穩定性好等優點，是天線罩最常用的增強材料，包括E玻璃纖維、S玻璃纖維、D玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維。e玻璃纖維是一種無堿玻璃，是最早用于天線罩的增強材料，價格最低，但電性能較差；s玻璃纖維是一種高強度玻璃纖維，具有最好的力學性能和中等的介電性能。d玻璃纖維又稱低介電玻璃纖維，是國外專門為天線罩開發的一種玻璃纖維。ε和tanδ僅次于應時纖維和高硅氧玻璃纖維，但拉伸強度和模量低于其他纖維。高硅氧玻璃纖維是以E玻璃纖維為基礎，其二氧化硅含量可達91% ~ 99%，性能介于E玻璃纖維和應時纖維之間。

石英光纖的介電性能是所有玻璃光纖中最好的，它能在寬頻帶內保持相同的介電性能，從而實現天線罩的寬頻傳輸。

應時纖維在實踐中也被廣泛使用。例如，美國F-15戰斗機的第一代和第二代頭錐天線罩都采用應時纖維增強氰酸酯樹脂復合材料作為夾層結構的蒙皮。寬帶性能優異的應時光纖用于國外第四代戰斗機，如美國F-22天線罩。