石英纖維耐高溫的特性和優(yōu)越的透波性能使其在航空航天領(lǐng)域（如雷達(dá)罩、導(dǎo)彈頭罩）具有特種應(yīng)用價(jià)值。石英纖維由于具有強(qiáng)度高、介電常數(shù)和介電損耗小、耐高溫、膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性能好等一系列特點(diǎn)，是航天航空領(lǐng)域不可或缺的戰(zhàn)略材料之一。石英纖維在高頻和700℃以下工作區(qū)域內(nèi)，保持最低而穩(wěn)定的介電常數(shù)和介電損耗，這種優(yōu)異的性能可抵抗航天飛行器在飛行過(guò)程中，因溫度陡然變化對(duì)材料介電性能產(chǎn)生突變型的影響，是理想透波材料。因此，石英纖維成為了多種航空、航天飛行器關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和透波材料，應(yīng)用于雷達(dá)天線罩等軍用領(lǐng)域。同時(shí)，其耐高溫的特性也使其成為了航天飛行器等的高溫隔熱材料。
石英纖維在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景
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雷達(dá)是一種利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備，其在軍事上不可或缺的同時(shí)也滲透進(jìn)民用領(lǐng)域。軍用雷達(dá)主要由對(duì)空情報(bào)雷達(dá)、對(duì)海警戒雷達(dá)、機(jī)載預(yù)警雷達(dá)、超視距雷達(dá)和彈道導(dǎo)彈預(yù)警雷達(dá)構(gòu)成；民用雷達(dá)主要包括了氣象雷達(dá)、航管雷達(dá)、港口雷達(dá)以及其他監(jiān)視和測(cè)量雷達(dá)。據(jù)Markets and Markets的數(shù)據(jù)，2021年全球雷達(dá)市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)到325億美元，2026年達(dá)到410億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率4.8%。
雷達(dá)天線罩是保護(hù)罩內(nèi)天線在惡劣環(huán)境條件下能夠正常工作的一種設(shè)施，具有透過(guò)電磁波的作用，是發(fā)出和接收信號(hào)的通道，被稱為雷達(dá)天線系統(tǒng)的電磁窗口。隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)天線罩對(duì)透波性能、力學(xué)性能等要求越來(lái)越高，而決定雷達(dá)天線罩這些性能的主要因素就是制備天線罩所使用的高溫透波材料。
石英纖維可應(yīng)用于雷達(dá)天線罩
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導(dǎo)彈天線罩是導(dǎo)彈的重要組成部分，是在惡劣情況下保護(hù)導(dǎo)彈引頭天線能夠正常工作的重要裝置。其結(jié)構(gòu)通常由罩體和連接環(huán)組成，既是導(dǎo)彈彈體的一個(gè)完整艙段，又極大地關(guān)系到導(dǎo)彈制導(dǎo)精度，在工作中承擔(dān)著透波、氣動(dòng)、放熱和承載的作用。隨著導(dǎo)彈飛行要求的不斷提高，導(dǎo)彈天線罩通常被要求具有更好的電氣性能、防熱承載性能和高溫穩(wěn)定性，其材料的選擇也就更為嚴(yán)苛。天線罩所用的高溫透波材料是在惡劣使用環(huán)境條件下保護(hù)飛行器的通訊、遙測(cè)、制導(dǎo)、引爆等系統(tǒng)正常工作的一種多功能電介質(zhì)材料，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、運(yùn)載火箭、飛船、導(dǎo)彈及返回式衛(wèi)星等再入飛行器中。按照重要性排序，天線罩所用的高溫透波材料應(yīng)具有（1）介電性能好；（2）抗熱震性好；（3）力學(xué)性能高；（4）抗雨水沖蝕性高；（5）材料制造和加工的可行性高；（6）重量輕；（7）價(jià)格低等特征。其中最主要的衡量標(biāo)準(zhǔn)為介電性能、抗熱震性和力學(xué)性能，分別對(duì)應(yīng)于透波、防隔熱和承載的要求。具有低介電常數(shù)及介電損耗角正切值的材料，通常具有較高的透波率。
戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)天線罩
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不同應(yīng)用領(lǐng)域的天線罩材料選擇不盡相同，航空用天線罩領(lǐng)域，石英纖維是高性能機(jī)載天線罩較為常用的增強(qiáng)纖維材料。按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可將軍工領(lǐng)域的雷達(dá)天線罩分為適用于先進(jìn)軍機(jī)等航空裝備的航空用天線罩和適用于導(dǎo)彈等航天裝備的航天用天線罩。通常，天線罩使用場(chǎng)合不同，其材料的選擇也不盡相同。航空用天線罩多選用樹(shù)脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，而航天用天線罩材料因?yàn)橛心透邷氐仁褂靡?，逐漸選擇各種陶瓷基復(fù)合材料作為其候選材料。在航空用天線罩領(lǐng)域，石英纖維是高性能機(jī)載天線罩最常用的增強(qiáng)纖維材料。它隔熱性能優(yōu)良，與酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂都有很好的兼容性，并且具有彈性模量隨溫度升高而增加的罕見(jiàn)特性。并且介電性能十分優(yōu)異，ε值和tanδ值在玻璃纖維中最低，并且在較寬的頻帶范圍內(nèi)基本不變化。
機(jī)載雷達(dá)天線罩常用透波纖維和參數(shù)指標(biāo)
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航天用天線罩領(lǐng)域，石英陶瓷是目前性價(jià)比較高的陶瓷材料。在所有天線罩中，高超音速導(dǎo)彈天線罩對(duì)天線罩的性能要求最高。因?yàn)樗坏枰獫M足導(dǎo)彈的氣動(dòng)外形要求，導(dǎo)彈飛行時(shí)所承受的熱載荷和力學(xué)載荷的要求，還必須滿足導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)所提出的電氣性能要求。陶瓷天線罩也主要是為滿足馬赫數(shù)比較高的導(dǎo)彈天線罩發(fā)展起來(lái)的。導(dǎo)彈天線罩材料的發(fā)展歷程為纖維增強(qiáng)塑料、氧化鋁陶瓷、微晶玻璃、石英陶瓷、氮化物陶瓷。石英陶瓷抗熱沖擊性好，介電性能穩(wěn)定，制作成本適中。盡管氮化物陶瓷性能更為優(yōu)異，但其強(qiáng)度硬度較低，制備工藝難，尚處于研發(fā)階段，目前無(wú)法取代石英陶瓷。石英纖維在先進(jìn)軍機(jī)和導(dǎo)彈天線罩中大量運(yùn)用，是航空用與航天用天線罩的核心材料。
各種陶瓷材料的性能和特點(diǎn)
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