用于天线罩的陶瓷材料、天线罩及其生产方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104302600 A (43)申请公布日 2015.01.21 C N 1 0 4 3 0 2 6 0 0 A (21)申请号 201280070311.4 (22)申请日 2012.02.22 C04B 35/584(2006.01) H01Q 1/28(2006.01) (71)申请人 MBDA意大利公司 地址意大利罗马 (72)发明人达尼埃拉迪马蒂诺 希蒂迪莱塔 劳拉埃斯波西托 (74)专利代理机构北京康信知识产权代理有限 责任公司 11240 代理人余刚 张英 (54) 发明名称 用于天线罩的陶瓷材料、天线罩及其生产方 法 (57) 摘要 阐明了一种用于天线。

2、罩的陶瓷材料，其包 含：-约80-95(wt)的Si 3 N 4 ；约5-15 (wt)的硅酸镁铝，所述硅酸镁铝包括 2.5-12.5(wt)的SiO 2 ，0.5-3(wt)的 MgO和2-6(wt)的Al 2 O 3 ；并且具有不低于 2.5g/cm 3 的密度和不超过6.5的介电常数。还阐 明了一种用于生产天线罩的方法。 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.08.21 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/IT2012/000052 2012.02.22 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/124871 EN 2013.08.29 (51)Int.Cl. 权利。

3、要求书1页 说明书7页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104302600 A CN 104302600 A 1/1页 2 1.用于天线罩的陶瓷材料，包含： -约80-95(wt)的Si 3 N 4 ；以及 -约5-15(wt)的硅酸镁铝，所述硅酸镁铝包括2.5-12.5(wt)的SiO 2 、 0.5-3(wt)的MgO和2-6(wt)的Al 2 O 3 ； 并且具有不低于2.5g/cm 3 的密度和不超过6.5的介电常数。 2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其中，所述密度包括在2.5g/c。

4、m 3 和2.9g/cm 3 之间； 和/或所述介电常数包括在5.7和6.4之间。 3.根据权利要求1或2所述的陶瓷材料，其中，15-35(wt)的Si 3 N 4 是-Si 3 N 4 。 4.根据前述权利要求中任一项所述的陶瓷材料，包含： -90-94(wt)的Si 3 N 4 ；以及 -6-10(wt)的硅酸镁铝，所述硅酸镁铝包括3.2-5(wt)的SiO 2 、0.7-2 (wt)的MgO和2.1-4(wt)的Al 2 O 3 。 5.包含前述权利要求中任一项所述的陶瓷材料的天线罩。 6.用于生产天线罩的方法，包括以下步骤： a.形成约80-95(wt)的Si 3 N 4 粉末和约5-。

5、15(wt)的硅酸镁铝粉末的均匀混 合物，所述硅酸镁铝粉末包括2.5-12.5(wt)的SiO 2 、0.5-3(wt)的MgO和2-6 (wt)的Al 2 O 3 ； b.将至少一种有机粘合剂加入至所述混合物； c.使所述混合物雾化； d.在专用模具中，在环境温度下，使所述混合物经受等静压压制以形成绿色半成品； e.机械加工所述绿色半成品以基本上赋予它最终的形状； f.使成型的所述绿色半成品经受热循环； g.烧结所述绿色半成品以获得成品。 7.根据权利要求6所述的用于生产天线罩的方法，其中，形成均匀混合物的所述步骤a 包括以下两个子步骤： a.使Si 3 N 4 与SiO 2 混合以形成预混。

6、物； a.使所述预混物与MgO以及与Al 2 O 3 混合。 8.根据权利要求6或7所述的用于生产天线罩的方法，其中，使所述半成品经受热循环 的所述步骤f包括以下子步骤： f.以8/hr升高温度直至达到300-390的温度； f.将所述半成品置于温度下3-6小时。 9.根据权利要求6-8中一项所述的用于生产天线罩的方法，其中，使所述半成品经受 热循环的所述步骤f在炉中运行，所述炉包括特定的支撑物和/或用于输送气体以确保所 述有机粘合剂脱离块体的系统。 10.根据权利要求6-9中一项所述的用于生产天线罩的方法，其中，在由与所述半成品 相同的材料制成的支撑物上进行所述烧结步骤g。 权 利 要 求 。

7、书CN 104302600 A 1/7页 3 用于天线罩的陶瓷材料、 天线罩及其生产方法 技术领域 0001 本发明涉及用于天线罩(天线屏蔽器、整流罩，radome)的陶瓷材料、天线罩及其 生产方法。 0002 特别地，本发明涉及用于导弹并且通常用于航空航天应用的天线罩的陶瓷材料及 相关生产方法。 背景技术 0003 用于这些应用的材料在高耐机械性、高耐热性和良好的介电性能方面需要有特别 严格的要求。 0004 特别地，用于天线罩应用中的材料必须确保宽温度范围内的最佳耐机械性和低介 电常数。 0005 它们必须能够在长时间内抵抗空气动力、大气介质和热冲击，并且同时它们对于 电磁波必须是可透过的。

8、。 0006 使用陶瓷材料制造天线罩是已知的。 0007 特别地，由于它们在环境温度和高温下的良好的机械性能并且由于它们的良好的 抵抗热冲击性，使得使用基于Si 3 N 4 (氮化硅)的陶瓷材料制造天线罩是已知的。 0008 然而，在烧结步骤过程中，这类材料具有的问题在于：在大气压力下，氮化硅倾向 于分解而不是首先熔化或烧结。 0009 为此，通过挤压(压制，pressing)进行形成由这类材料制成的物品的步骤。这所 表示的限制在于通过挤压的形成仅允许获得简单的形状。因此，生产具有更多复杂形状的 物品需要在块体(piece)上进行后续的加工操作。 0010 即使由于材料的良好的机械特性，这些操。

9、作也是耗时、复杂并且昂贵的。特别地， 这些材料的高硬度需要复杂的机械加工操作并且使用昂贵的工具。 0011 在现有技术的一些方法中，提出了包括氮化硅和硅酸钡铝(barium aluminosilicate，BAS)的材料。 0012 这些已知的方法，虽然具有高密度并且因此具有良好的机械性能，但是具有高介 电常数并且因此具有差的介电性能。 0013 此外，包括这类材料的天线罩的生产方法存在上述缺点。 0014 此外，应该观察到，针对航空航天应用而研究的基于氮化硅的已知陶瓷材料中的 大部分存在的工业应用问题在于，它们的性能与它们的微观结构和宏观结构严格相关，因 此，它们的组成和/或生产过程中的即使。

10、微小的变化也会显著地改变它们的性能。 发明内容 0015 因此，本发明的目的是提供在宽温度范围内在耐机械性、耐热性和介电性能方面 具有高性能的用于天线罩的陶瓷材料。 0016 本发明的进一步的目的是提供用于天线罩的陶瓷材料和无烧结问题的天线罩的 说 明 书CN 104302600 A 2/7页 4 生产方法。 0017 本发明的进一步的目的是提供用于生产简单、便宜的天线罩并且允许获得具有上 述机械、热和介电性能的天线罩的方法。 0018 这些和其他目的通过用于天线罩的陶瓷材料获得，所述陶瓷材料包括： 0019 -约80-95(wt)的Si 3 N 4 ；以及 0020 -约5-15(wt)的硅。

11、酸镁铝(magnesium aluminosilicate)，所述硅酸镁铝包 括2.5-12.5(wt)的SiO 2 、0.5-3(wt)的MgO和2-6(wt)的Al 2 O 3 ； 0021 并且具有不低于2.5g/cm 3 的密度和不超过6.5的介电常数。 0022 优选地，介电常数的值基本恒定或在温度变化时发生微小的变化。 0023 在X、Ku和Ka波段测量介电常数的值。 0024 根据优选的实施方式，所述密度包括在2.5和2.9g/cm 3 之间和/或所述介电常数 包括在5.7和6.4之间。 0025 根据特别优选的实施方式，所述密度包括在2.65和2.79g/cm 3 之间和/或所。

12、述介 电常数包括在5.9和6.2之间。 0026 有利地，15-35(wt)的Si 3 N 4 是-Si 3 N 4 。这允许改善材料的介电性能。 0027 优选地，所述材料包括90-94(wt)的Si 3 N 4 ；和约6-10(wt)的硅酸镁铝， 所述硅酸镁铝包括3.2-5.2(wt)的SiO 2 、0.7-2(wt)的MgO和2.1-4(wt) 的Al 2 O 3 。 0028 根据本发明的材料的特别优选的组成包括90(wt)的Si 3 N 4 、5.1(wt)的 SiO 2 、1.4(wt)的MgO和3.5(wt)的Al 2 O 3 。 0029 根据本发明的第二个方面，本发明涉及天线。

13、罩，所述天线罩包括这类材料并且获 得与材料相同的优点，即，对于宽温度范围的良好的耐机械性和耐热性以及良好的介电性 能。 0030 更通常地，本发明涉及包含这类材料的物品。 0031 根据本发明的第三个方面，本发明涉及生产天线罩的方法，所述方法包括以下步 骤： 0032 a.形成约80-95(wt)的Si 3 N 4 粉末和约5-15(wt)的硅酸镁铝粉末的 均匀混合物，所述硅酸镁铝粉末包括2.5-12.5(wt)的SiO 2 、0.5-3(wt)的MgO和 2-6(wt)的Al 2 O 3 ； 0033 b.将至少一种有机粘合剂加入至混合物； 0034 c.使混合物雾化； 0035 d.在专用。

14、模具(special mould)中，在环境温度(ambient temperature)下，使 混合物经受等静压压制(等静压成型，isostatic pressing)以形成绿色半成品(green semi-nished product)； 0036 e.机械加工绿色半成品以基本上赋予它最终的形状； 0037 f.使成型的绿色半成品经受热循环； 0038 g.烧结绿色半成品以获得成品。 0039 这种方法相对于已知方法而言是有利的，因为它允许获得在宽温度范围内具有高 耐机械性和耐热性以及良好的介电性能的天线罩。 说 明 书CN 104302600 A 3/7页 5 0040 特别地，这种方法。

15、的全部具体步骤允许获得赋予材料并且从而赋予天线罩上述特 征的特定微观结构。 0041 此外，提供绿色半成品的机械加工的事实允许获得改善的可加工性、材料回收、更 快速的生产过程以及改善的成品的机械特性。 0042 需要在烧结块体上完成操作，相对于现有技术的那些操作而言，这些操作将更省 时，因此节省了时间和工具的寿命。 0043 此外，全部操作步骤和材料的具体组成允许克服与工业适用性相关的问题，因为 针对工业生产而不只是针对原型(prototype)它们得到了优化。 0044 优选地，形成均匀混合物的步骤a包括以下两个子步骤： 0045 a.使Si 3 N 4 与SiO 2 混合以形成预混物； 0。

16、046 a.使预混物与MgO以及与Al 2 O 3 混合。 0047 优选地，步骤a提供了将水添加到混合物以形成浆料(slurry)的步骤。 0048 有利地，在包括在1500巴和1800巴之间的压力下进行步骤d的等静压压制。 0049 根据本发明的方法的优选实施方式，使半成品经受热循环的步骤f包括以下子步 骤： 0050 f.以8/hr升高温度直至达到300-390的温度； 0051 f.将半成品置于上述温度下3-6小时。 0052 优选地，使半成品经受热循环的步骤f在提供特定的(专门的，specic)支撑物 (支撑体)或基底和/或用于输送气体以确保有机粘合剂从块体(piece)中脱离(离开。

17、， exit)的系统的炉中进行。这允许防止由于有机粘合剂施加的压力所致的半成品的破裂。 0053 优选地，在1500-1650的温度和/或惰性气氛(优选氮气)中的液相下，进行 烧结步骤g。 0054 这种温度较低的事实允许降低工厂并且从而降低生产过程的投资和运营成本。 0055 有利地，在由与半成品相同的材料制成的基底上进行烧结步骤g。这允许避免产品 的变形。 0056 根据一些实施方式，在烧结步骤g之前是在产品的表面上施加抗氧化剂的步骤。 附图说明 0057 为了更好地理解本发明并且为了观察本发明的优势，以下是参考附图的用于天线 罩的陶瓷材料以及用于生产本发明的天线罩的方法的一些示例性的非限。

18、制性实施方式的 说明，其中： 0058 -图1示意性示出了根据本发明的用于生产天线罩的方法的步骤；和 0059 -图2示出了在一些具体生产步骤中使用本发明的材料制备的物品的实例。 具体实施方式 0060 根据本发明的用于天线罩的陶瓷材料是基于氮化硅的材料，其实际上包括约 80-95(wt)的Si 3 N 4 。 0061 优选地，约15-35(wt)的Si 3 N 4 是-Si 3 N 4 。 0062 事实上发现，这个阶段中的具体控制的百分比允许获得低介电常数，并且因此改 说 明 书CN 104302600 A 4/7页 6 善材料的介电能力，即，材料对于电磁波可透过的能力。 0063 特别。

19、地，本发明的材料对于天线罩，即对于适合于保护天线的结构而言是最佳的， 因此，表述“良好的介电性能”用于表明材料对于通过天线发射和接收的能量是可透过的能 力。 0064 本发明的材料进一步包括约5-15(wt)的硅酸镁铝，所述硅酸镁铝包括 2.5-12.5(wt)的SiO 2 、0.5-3(wt)的MgO和2-6(wt)的Al 2 O 3 。 0065 优选地，所述材料包括90-94(wt)的Si 3 N 4 和6-10(wt)的硅酸镁铝， 所述硅酸镁铝包括3.2-5(wt)的SiO 2 、0.7-2(wt)的MgO和2.1-4(wt)的 Al 2 O 3 。 0066 根据本发明的材料的特别优。

20、选的组成包括90(wt)的Si 3 N 4 、5.1(wt)的 SiO 2 、1.4(wt)的MgO和3.5(wt)的Al 2 O 3 。 0067 使用这种组成获得了特别期望的结果。 0068 根据本发明，陶瓷材料具有不低于2.5g/cm 3 的密度，并且优选包括在2.5和2.9g/ cm 3 之间。 0069 这种特性连同组成一起是用于定义材料的耐机械性能并且因此用于获得适合于 航空航天应用的产品的基础。 0070 此外，在X、Ku和Ka波段中，在环境温度和高温下，材料的介电常数不超过6.5，尤 其包括在5.7和6.4之间。 0071 根据进一步的方面，本发明涉及包含这种材料的物品，尤其是。

21、包含这种材料的天 线罩。优选地，天线罩是用于导弹应用并且通常是用于航空航天应用的天线罩，但其也可以 应用于不同的环境下，例如应用于航海应用中。 0072 以下是根据本发明用于生产天线罩的方法的描述。 0073 本发明的方法提供了形成约80-95(wt)的Si 3 N 4 粉末和约5-15(wt)的 硅酸镁铝粉末的均匀混合物的第一步骤a，所述硅酸镁铝粉末包括2.5-12.5(wt)的 SiO 2 、0.5-3(wt)的MgO和2-6(wt)的Al 2 O 3 。 0074 优选地，该材料包括90-94(wt)的Si 3 N 4 和6-10(wt)的硅酸镁铝，所述 硅酸镁铝包括3.2-5(wt)的。

22、SiO 2 、0.7-2(wt)的MgO和2.1-4(wt)的Al 2 O 3 。 0075 根据本发明的材料的特别优选的组成包括90(wt)的Si 3 N 4 、5.1(wt)的 SiO 2 、1.4(wt)的MgO和3.5(wt)的Al 2 O 3 。 0076 可以通过将所有组分混合在一起或通过两个随后的子步骤进行这种步骤：即第一 子步骤a，其提供Si 3 N 4 和SiO 2 的均匀混合以形成预混物；然后是第二子步骤a，其提供 使预混物与MgO以及与Al 2 O 3 混合。 0077 在两种情况中，优选在添加水的情况下发生混合，因为水有助于随后的喷雾步骤。 可替换地，可以使用乙醇或已知。

23、类型的任何其他溶剂。 0078 混合用于保证均一性和粉末之间的紧密接触。 0079 优选地，在专用研磨机(mill)或滚筒混合器(roller mixer)中进行这种步骤。 0080 随后是将至少一种有机粘合剂添加到混合物的步骤b。 0081 这种粘合剂是已知的类型，并且它可以例如是聚乙二醇。 0082 它适合于帮助促进粉末粒子(powder particle)之间的紧密结合的混合。 说 明 书CN 104302600 A 5/7页 7 0083 随后，以已知方法，优选根据步骤c通过提供具有旋流器(cyclone)的雾化器(喷 雾器，atomiser)雾化混合物。 0084 在这种步骤的最后，。

24、混合物处于均匀且稳定的无定形分散形式。 0085 随后，在专用模具(步骤d)中，在环境温度下使混合物经受等静压压制。在包括 在1500巴和1800巴之间的压力下进行这种压制。 0086 模具具有与想要获得的产品形状相适合的(compatible)形状，并且优选弹性体 类型。 0087 如图2中所示出的，在具体的应用中，它是圆柱形的并且提供有与其同轴的 (concentric)圆柱芯，以赋予混合物以中空的圆柱形形状。 0088 在将混合物引进圆柱体之后，引进芯，之后密封模具并且使混合物经受等静压压 制(等静压成型)。 0089 获得的产品是绿色半成品。 0090 在这一点上，如图2中示出的，进行。

25、机械加工绿色半成品以赋予半成品希望的基 本上与产品的最终形状相符的形状的步骤e。 0091 正如之前所提到的，在绿色半成品上并且因此在可锻性(延展性)更强的产品上 进行的这种步骤，允许获得最终产品的方法和特征方面的显著优势。 0092 因此，在机械加工的最后，半成品虽然是绿色的，但基本上具有其最终的形状。 0093 根据优选的实施方式，这种形状是圆锥形的或尖拱形的(ogive-shaped)。 0094 随后，进行使成型的绿色半成品经受适合消除有机粘合剂的热循环的步骤f。 0095 应当根据使用的具体组成和半成品的尺寸来优化，并且优选在大气(空气)中进 行。 0096 根据优选的实施方式，热循。

26、环包括以下子步骤：逐渐升高温度，特别地，以8/h 升高温度至达到300-390的温度(步骤f)，以及将半成品置于达到的温度下3-6小时 (步骤f)。 0097 优选地，在提供特定的支撑物或基底和/或用于输送气体以保证有机粘合剂从块 体中逐渐且均匀地脱离的系统的炉中进行步骤f。 0098 换句话说，从材料中蒸发的有机粘合剂可能仍然陷在引起变性或破裂的物品的空 腔中。 0099 为了防止这种情况，炉配备有格网或配备有开口的基底以允许这种粘合剂经由那 里通过。 0100 可替换地或者另外地，炉可以配备有合适的支撑物，该支撑物允许放置具有开口 的块体并且因此凹面向上。 0101 可替换地或者另外地，可。

27、以提供用于输送气体并且强制运动气体进入期望方向的 进一步的系统。 0102 根据本发明方法的优选实施方式，随后是将抗氧化剂施加在成品表面上的步骤h。 0103 优选地，通过喷雾进行这种施加。 0104 随后，对绿色半成品进行烧结步骤g，以便获得成品。 0105 优选地，在1500-1650的温度和/或在惰性气氛，优选地，在氮气中的液相下 进行这样的步骤。 说 明 书CN 104302600 A 6/7页 8 0106 优化烧结热循环以获得特定的微观结构(微结构)。 0107 观察到，除了温度之外，烧结动力学受到材料的特定初始组成的强烈影响。 0108 优选地，在由与半成品相同的材料制成的支撑物。

28、上，进行烧结步骤g。 0109 实施例 0110 在叶片研磨机(blade mill)中，将90(wt)的Si 3 N 4 、5.1(wt)的SiO 2 、 1.4(wt)的MgO和3.5(wt)的Al 2 O 3 与水和聚乙二醇一起混合以获得浆料。 0111 将混合物雾化，然后在1500巴的压力下，在圆柱形模具中，在环境温度下使其经 受等静压压制(等静压成型)。 0112 通过数控加工，对由此获得的半成品进行外部加工(机械加工，machine)以赋予 它尖拱形形状。 0113 随后，对其进行以下热循环： 0114 -以8/h升高温度至达到300-390的温度； 0115 -在上述温度下保持3。

29、-6小时。 0116 在高至1550的温度下将产品烧结约两个小时的时间以获得成品。 0117 将成品进行标准验证测试，获得以下结果： 0118 杨氏模量GPa 220 泊松系数- 0.26 介电常量- 6 耐弯曲性(21) MPa 349 断裂韧性MPam 1/2 3.69 热膨胀系数(251300) 10 -6 K -1 3.42 密度g/cm 3 2.7 0119 其中，对于杨氏模量和泊松系数，根据EN 843-2标准的指导，在测量为 80108mm测试块上，通过弯曲共振频率(bending resonance frequency)的方法进行测 量。 0120 使用Zwick Z050通用。

30、机(Zwick Z050universal machine)，以0.5mm/min的梁 速度，相对上叶片10mm的距离并且相对下叶片20mm的距离，弯曲带有倾斜边缘(斜缘， bevelled edge)的棒(测量为252.52mm)上的4个点，根据EN 843-1标准的指导，进 行耐弯曲性的测量。在5个测试块上进行测试。 0121 根据FprEN 14425-3标准的指导，在弯曲中，使用Chevron缺口梁(notched beam) 方法进行断裂韧性的测量。使用Zwick Z050通用机，以0.02mm/min的梁速度进行弯曲测 试。使用具有0.1mm厚度的叶片，在之前缺口的三个测试块(测量。

31、为252.52mm)上进 行测试。 0122 关于热膨胀系数，在5/min的加热速度下，在氩气流中，在高达1450的 说 明 书CN 104302600 A 7/7页 9 252.52mm的测试块上，使用Netsch DIL E 402膨胀计进行热膨胀测试。 0123 使用填充有电介质的波导方法进行介电常数的测量。 0124 几何学上，使用Archimede方法，根据ASTM C373标准，在烧结试样上进行密度测 量。 0125 结论 0126 获得的结果表明，使用的特定组成和方法的特定步骤的组合允许获得具有良好的 机械特性、良好的耐热性和良好的介电特性的材料。 0127 在上面的描述中并且在随后的权利要求中，除非另外指出，在任何情况下，表明数 量、参数、百分比等的所有数值量应该被认为之前具有术语“约”。此外，除了本文中特别表 明的那些之外，所有的数值量的范围包括最大和最小的数值的所有可能的组合以及所有可 能的中间范围。 0128 为了满足临时和具体的需要，本领域技术人员应该对根据本发明的陶瓷、天线罩 和生产方法进行进一步的修改和改变，所有修改和改变均落入本发明的保护范围内。 说 明 书CN 104302600 A 1/2页 10 图1 说 明 书 附 图CN 104302600 A 10 2/2页 11 图2 说 明 书 附 图CN 104302600 A 11 。