復合材料大作業(yè)

1、先進復合材料制造技術(shù) 先進復合材料制造技術(shù)復合材料表面的金屬化 復合材料表面的金屬化姓 名 丁志兵復合材料發(fā)生質(zhì)損、熱膨脹系數(shù)發(fā)生變化、材料表面產(chǎn)生微裂紋,材料強度下降,最終導致航天器使用壽命縮短。針對航天器用樹脂基復合材料表面的防護問題 ,國外在上世紀 80 年代中后期就展開了研究,NASA 的研究結(jié)論是:樹脂基復合材料表面制備防護薄膜/涂層后,空間的防護性能增強。德國的J.Fessniann[w 及同事研究了用濺射和其他真空鍍膜法在

2、復合材料表面鍍制金屬薄膜 ,有效解決了衛(wèi)星復 合材料結(jié)構(gòu)件在空間的功能和防護問題。2)表面導電性能不足,電磁波損耗嚴重,無法滿足衛(wèi)星天線和微波器件在高頻段的使用要求,也制約了衛(wèi)星通訊技術(shù)向大功率方向的發(fā)展。樹脂基碳纖維復合材料因其本身具有一定的導電性與金屬材料相似 ,無法使電磁波透過。究其原因,樹脂基碳纖維復合材料不但通過電損耗吸收電磁波,而且對電磁波具有很好的反射特性。同時該類材料因其極小的膨脹系數(shù) ,很高的比強度、比彈性模量,以及其

3、它物理、力學性能的可設計性等優(yōu)點,被天線專家們譽為理想的天線結(jié)構(gòu)材料。1986 年日本東芝公司針對碳纖維復合材料的反射特性展 開了研究,結(jié)果說明在頻率不高于 20 GHZ 時,碳纖維復合材料對電磁波的吸收損耗低,對衛(wèi)星用天線增益影響較小。在上個世紀,國內(nèi)外的通訊衛(wèi)星工作頻段主要 在集中在 C 波段,其頻率不高于 10 GHz。但是隨著通訊衛(wèi)星向高頻段和大功率方向發(fā)展,新一代通訊衛(wèi)星已經(jīng)選用了 Ka、Ku,甚至頻率更高的頻段,此時碳纖維復

4、合材料因其表面電阻率高對高頻電磁波吸收損耗大 ,無法滿足衛(wèi)星天線的使用要 求。另外,對于樹脂基碳纖維復合材料來說,電磁波的反射與纖維方向有關(guān),作為衛(wèi)星天線,必須消除纖維方向?qū)﹄姶挪ǚ瓷洮F(xiàn)的各向異性。另外,由于頻段和軌道資 源的有限性,未來衛(wèi)星要求盡可能提高它的使用效率，這就要求衛(wèi)星天線要實現(xiàn)頻率復用、多頻率共用、覆蓋多點等功能。通過對衛(wèi)星天線表面金屬化 ,然后利用激光刻蝕在天線反射表面制備“FSS”(頻率選擇表面)可有效解決上述問題3)

5、對衛(wèi)星上光學及其它敏感元件造成污染美國NASA的研究人員已在“長期暴露裝置“和多次短期搭載材料實驗中發(fā)現(xiàn),樹脂基碳纖維復合材料在空間環(huán)境下使用時出氣量大、質(zhì)損及可凝揮發(fā)物嚴重 ,對衛(wèi) 星上的光學以及其它敏感元件造成污染,使其性能降低甚至失效。為了解決以上問題，現(xiàn)在國內(nèi)外多采用樹脂基復合材料表面金屬化 。 關(guān)于金屬化，國外在樹脂基復合材料表面金屬化工藝技術(shù)研究方面比較成熟。常用的表面金屬化技術(shù)主要包括其空蒸鍍、濺射鍍、多弧離子鍍以及噴涂等

6、。通過復合材料表面金屬化,既滿足了衛(wèi)星使用的樹脂基復合材料結(jié)構(gòu)件的功能和防護要求,又進一步開展了復合材料在空間的應用。一．樹脂基復合材料成型過程中的金屬化的方法主要有：1 在碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)件中布置適當?shù)慕饘倬W(wǎng)或金屬短纖維 ○該方法往往只用于結(jié)構(gòu)簡單的碳纖維增強樹脂基復合材料天線反射器。通過在復合材料中布置適當?shù)慕饘倬W(wǎng)或金屬短纖維 ,可以有效地提高碳纖維復合材料天線反射器對電磁波的反射能力。 其優(yōu)點是在碳纖維復合材料天線加工時一次性成