本發明涉及陶瓷基復合材料領域，尤其是涉及一種金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料及其制備方法。

背景技術：

1、隨著飛行器制導技術的不斷發展，在復合制導模式下，被動天線作為被動雷達導引頭的重要組成部分，被要求在占用飛行器空間盡可能小的前提下，能夠在超寬頻帶內具有良好的阻抗匹配和輻射特性，并在結構上與飛行器共形，因此共形天線應運而生。共形天線是指一種附著于飛行器表面且與其貼合共形的輻射天線，通常安裝在飛機、導彈、衛星等高速運行飛行器平臺上。共形天線具有不破壞飛行器的外形結構及空氣動力學的特性，是飛行器天線領域的研究熱點之一。

2、具體的，共形天線一般是將輻射天線與飛行器的陶瓷蓋板（窗）進行集成，具有小型化、安裝靈活、易于饋電的特點，還可有效解決當前內埋式被動天線存在的測向距離和角度不足的問題。當前被動天線蓋板（窗）多為纖維增強陶瓷基復合材料，而共形天線制備技術的關鍵在于金屬輻射單元（金屬層）能夠與纖維增強陶瓷基復合材料實現良好結合，以滿足氣動熱環境耐受和焊接要求。

3、經調研，現有共形天線的制備中，在陶瓷材料表面進行金屬化方法主要有：薄膜法、厚膜法、直接敷銅法、激光技術等。薄膜法分為化學鍍、物理蒸鍍、化學氣相沉積、真空離子鍍膜（包括磁控濺射、陰極電弧離子鍍）等技術，其鍍層比較薄，一般用于電極材料制備。厚膜法主要包括絲網印刷、噴墨打印等技術。直接敷銅法（dbc）主要是針對氧化鋁、氧化鈹、氮化鋁基板金屬化技術。

4、但是現有的金屬化方法，無論是化學鍍還是物理蒸鍍/化學氣相沉積等在針對前述的纖維增強陶瓷基復合材料的金屬化過程中存在局限性：其一，上述方法僅對于均質陶瓷材料較為成熟，在以纖維增強陶瓷基復合材料為基體時，存在有金屬層與基體材料的結合性能不足的問題；其二，現有的金屬化工藝相對復雜，對設備依賴性強，且對基體材料的表面要求及形狀要求高。因此，現有的金屬化方法不適用于針對纖維增強陶瓷基復合材料的共形天線的制備。

5、中國專利cn112552079a公開了使用曲面涂膜器直接將銀料漿（或鈀銀料漿）均勻涂覆至sio2f/sio2復合材料表面，然后在750℃燒結后得到所需的金屬化曲面基板。但是，該方法獲得的金屬化的sio2f/sio2復合材料中的金屬層與基體材料間的結合力不佳。

6、中國專利cn109704796a公開了采用2d或2.5d織物薄片和fss結構單元形成夾層結構，制備有頻率選擇的透波材料。其主要步驟是將織物薄片浸漬硅溶膠晾干后形成預浸料后，與具有fss結構的有機膜依次交疊形成夾層結構的組合坯體，最后整體浸漬硅溶膠經干燥成型、燒結得到低密度的層間具有fss結構的產品。但是由于該工藝的限制，導致金屬層間的對齊精度難以控制，尤其是弧面等復雜結構，導致其相關性能無法得到有效保證，無法適用于異形結構的共形天線的制備。

7、中國專利cn106630979a公開了一種在纖維增強陶瓷復合材料上制備金屬化層的方法，首先利用等離子噴涂工藝在復合材料表面制備一層修飾層（石英玻璃、鋰鋁硅、鋇鋁硅、堇青石等），然后通過物理濺射或料漿法制備金屬化表層，但為提高金屬化層與基體材料的結合性能，其所需的修飾層較厚（約100μm），在異形產品或大尺寸產品上易于開裂，穩定性不佳；并且制備過程仍需依賴于等離子噴涂設備，生產成本高。

8、由此，針對于現有的金屬化方法不適用于針對纖維增強陶瓷基復合材料的共形天線制備的問題，以及金屬化工藝復雜和設備依賴性強的問題，針對性提供一種有效適用于纖維增強陶瓷基復合材料的共形天線的金屬化方法，提高金屬化層與纖維增強陶瓷基復合材料的結合性能，改善涂層穩定性，具有重要技術意義和研究價值，為共形天線的進一步研發、拓展提供技術支撐。

技術實現思路

1、為解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料及其制備方法，有效克服現有的金屬化方法不適用于針對纖維增強陶瓷基復合材料的共形天線制備的問題，以及克服金屬化工藝復雜和設備依賴性強的問題，提高金屬化層與纖維增強陶瓷基復合材料的結合性能，改善涂層穩定性。

2、為解決以上技術問題，本發明采取的技術方案如下：

3、一種金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料的制備方法，包括有以下步驟：基材預處理、制備復合增強粉體、制備界面層、制備金屬層、精加工；

4、所述基材預處理，將纖維增強陶瓷基復合材料加工至共形天線的預定尺寸，再經表面拋光打磨、缺陷修復后，獲得預處理基材；

5、所述制備復合增強粉體，納米氮化硼粉、納米氮化鉿粉、納米二硼化鉭粉混合均勻，獲得預混粉體；預混粉體經硅烷偶聯劑aptes處理后，獲得復合增強粉體；

6、所述制備界面層，將界面層涂料、溶劑和復合增強粉體混合均勻，獲得界面層噴涂料漿；將界面層噴涂料漿噴涂至預處理基材表面后，經干燥、燒結，獲得表面形成有界面層的基材；

7、所述界面層涂料為聚硅氮烷涂料或聚硅氧烷涂料；

8、所述制備金屬層，將金屬化噴涂料漿噴涂至基材的界面層表面后，經干燥、燒結，獲得表面形成有金屬層的基材。

9、進一步的，所述基材預處理中，缺陷修復是采用修復液對缺陷處進行點涂后燒結；

10、所述修復液由以下重量份的原料組成：硅溶膠35-45份，硼酸1-5份，亞微米陶瓷粉體55-65份；

11、所述亞微米陶瓷粉體選自：氧化硅、氧化鋁、莫來石。

12、進一步的，所述制備復合增強粉體中，將預混粉體投入至乙醇溶液中，攪拌升溫至55-60℃，保溫并滴入硅烷偶聯劑aptes；硅烷偶聯劑aptes滴加完成后，繼續保溫攪拌4-5h后，分離獲得固體物，固體物經水洗后干燥，獲得復合增強粉體。

13、優選的，所述制備復合增強粉體中，納米氮化硼粉、納米氮化鉿粉、納米二硼化鉭粉的質量比為3-3.5:5-6:1-1.2；

14、預混粉體與硅烷偶聯劑aptes的質量比為1:0.2-0.25。

15、優選的，所述制備界面層中，界面層涂料、溶劑、復合增強粉體的質量比為84-88:32-40:12-16；

16、所述界面層噴涂料漿的噴涂壓力為0.2-0.3mpa，噴涂增重控制為每100cm2預處理基材表面的噴涂重量為0.4-0.6g。

17、優選的，所述制備界面層中，干燥溫度為85-100℃，干燥時間為0.5-1h；

18、燒結溫度為750-850℃，燒結時間為15-30min；

19、所述界面層厚度為6-10μm。

20、優選的，所述制備金屬層中，金屬化噴涂料漿含有金屬料漿、稀釋劑；

21、所述金屬料漿為以下之一：銀料漿、金料漿、鉑料漿、銀鈀合金料漿；

22、所述稀釋劑為丁基卡必醇或松油醇的乙醇或丙醇溶液；

23、金屬料漿與稀釋劑的質量比為65-75:25-35。

24、優選的，所述制備金屬層中，金屬化噴涂料漿的噴涂壓力為0.2-0.3mpa，噴涂增重控制為每100cm2界面層表面的噴涂重量為1-1.5g；

25、干燥溫度為120-150℃，干燥時間為0.5-1h；

26、燒結溫度為750-850℃，燒結時間為10-15min；

27、所述金屬層厚度為8-15μm。

28、進一步的，所述精加工，采用激光刻蝕對共形天線輻射區的金屬層進行精加工，制得用于共形天線的金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料；

29、所述激光刻蝕采用3d振鏡控制激光方向，以皮秒激光進行刻蝕；

30、所述激光刻蝕的激光功率為2-5w，線速度為300-500mm/s，刻蝕次數為2-4次。

31、一種采用前述方法制得的金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料。

32、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

33、（1）本發明的金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料的制備方法，將纖維增強陶瓷基復合材料按要求加工至共形天線蓋板（窗）的預定尺寸，獲得預處理基材后，采用納米氮化硼粉、納米氮化鉿粉、納米二硼化鉭粉混合均勻并經硅烷偶聯劑aptes處理，獲得復合增強粉體；通過硅烷偶聯劑aptes對預混粉體的改性處理，提高其在界面層噴涂料漿中分散性的同時，提高其與界面層涂料的結合性能。然后將復合增強粉體與界面層涂料（聚硅氮烷涂料或聚硅氧烷涂料）混合獲得界面層噴涂料漿，然后噴涂至預處理基材表面形成界面層；并通過復合增強粉體的添加抑制收縮，減少內應力，提高界面層的熱穩定性、抗熱震性能及機械性能；并提高界面層與基體的結合性能，并通過復合增強粉體在預處理基材表面的錨定作用形成機械互鎖并抑制界面剝離；同時通過界面層的設置，有效改善金屬層與復合材料的浸潤性問題，優化涂層與基材的結合性能。然后將金屬化噴涂料漿涂覆在所述界面層涂覆區形成金屬層，最后經精加工，制得金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料；前述各技術手段相互配合、協同作用，能夠有效克服現有的金屬化方法不適用于針對纖維增強陶瓷基復合材料的共形天線制備的問題，以及克服金屬化工藝復雜和設備依賴性強的問題，提高金屬化層與纖維增強陶瓷基復合材料的結合性能，改善涂層穩定性。

34、（2）本發明的金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料的制備方法，利用前驅體陶瓷化轉化的方式在纖維增強陶瓷基復合材料表面形成界面層，制備方法簡單，結合力更好；同時陶瓷化反應能夠對纖維增強陶瓷基復合材料表面裸露的纖維絲束進行了固化加強，進一步優化涂層與基材的結合性能。

35、（3）本發明的金屬化的纖維增強陶瓷基復合材料的制備方法，工藝適用性強，通過界面層材料和金屬層材料的選擇，能夠在不同陶瓷基復合材料表面制備特定耐溫性能的涂層，為共形天線的后續研發提供了技術選擇；并且，本發明的制備方法簡潔，操作簡單、設備要求低，采用傳統的冷噴涂設備和馬弗爐燒結設備即能夠進行制備，無需復雜工藝設備，利于大規模工業化生產。