Способ изготовления радиопрозрачного изделия Российский патент 2022 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет.

Известен способ получения композиционного материала (патент РФ № 2270180 МПК C04B35/14, C04B 41/81, публикация 20.02.2006 г.), включающий пропитку заготовки из спеченного диоксида кремния пористостью 7,0-12,0 % раствором метилфенилспиросилоксана, сушку на воздухе в течение 3-24 часов, затем полимеризацию при температуре 200-230 °С в течение 3-4 часов.

К недостаткам известного способа следует отнести, что после полимеризации пропитанных крупногабаритных (высотой более 600 мм) или толстостенных (толщиной более 10 мм) заготовок на их поверхностях появляются в большом количестве наплывы отвержденного пропитывающего раствора. В ходе полимеризации пропитанных заготовок больших габаритов и соответственно с большим количеством пропитывающего раствора, который вошел в поры керамики, не хватает градиента давления паров ацетона. Из-за этого концентрация паров ацетона, образующихся в сушильном оборудовании при полимеризации оболочки больших габарита, больше, чем при полимеризации оболочки меньшего габарита.

Наплывы образуются как на наружной поверхности, так и на внутренней. Бóльшую проблему вызывают наплывы (до 2-3 мм), образующиеся на внутренней поверхности оболочки, так как из-за труднодоступности поверхности устранение данных наплывов путем зашкуривания является трудоемким и малоэффективным. Образовавшиеся наплывы вносят большую ошибку при измерении скоростей ультразвуковых колебаний, исходя из значений которых, выдается задание на механическую обработку заготовки для получения радиотехнических характеристик (РТХ) на требуемом уровне.

Наиболее близким техническим решением является способ, описанный в патенте РФ № 2742295 МПК H01Q 1/42, опубликованном 04.02.2021, включающий формование керамической оболочки, сушку, обжиг, механическую обработку алмазным инструментом, объемную пропитку оболочки кремнийорганическим полимером с последующей полимеризацией, радиодоводку оболочки путем механической обработки ее наружной поверхности до заданных размеров, соединение оболочки со шпангоутом при помощи герметика, где после полимеризации на внутреннюю поверхность оболочки наносят кремнийорганический полимер методом облива в течение 30-60 с и полимеризуют.

К недостаткам известного способа следует отнести то, что после полимеризации объемно пропитанных крупногабаритных или толстостенных оболочек на их поверхностях появляются в большом количестве наплывы отвержденного полимера.

Задачей настоящего изобретения является улучшение радиотехнических характеристик (РТХ) изделия.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ изготовления радиопрозрачного изделия, включающий формование керамической оболочки, сушку, обжиг, механическую обработку алмазным инструментом, объемную пропитку оболочки кремнийорганическим полимером с последующей полимеризацией, радиодоводку оболочки путем механической обработки ее наружной поверхности до заданных размеров, соединение оболочки со шпангоутом при помощи герметика, отличающийся тем, что перед полимеризацией проводят термообработку до температуры 180-210 °С без выдержки, охлаждают до температуры не выше 50 °С, удаляют гелеобразные наплывы с поверхностей оболочки ацетоном в течение 1 ч после охлаждения.

Авторы установили, что гелеобразные наплывы кремнийорганического полимера на поверхностях оболочки появляются при нагреве до температуры 180-210 ºС и удаляются путем протирки поверхностей ацетоном, и последующая полимеризация крупногабаритных или толстостенных оболочек не приводит к образованию наплывов отвержденного кремнийорганического полимера на их поверхностях.

Технология изготовления радиопрозрачных изделий по предложенному техническому решению включает следующие операции:

- изготовление керамической пористой оболочки методами керамического производства, состоящего из формования керамической заготовки методом шликерного литья из водной суспензии кварцевого стекла в гипсовой форме, сушку, обжиг;

- механическая обработка алмазным инструментом внутренней поверхности обожженной заготовки до заданного профиля и наружной поверхности с технологическим припуском;

- объемная пропитка оболочки полимером, например метилфенилспиросилоксаном (продукт МФСС-8) в течение 4-10 ч,

- термообработка при 180-210 ºС с последующим охлаждением до температуры не выше 50 ºС и удалением гелеобразных наплывов с помощью бязевой салфетки, смоченной ацетоном в течение 1 ч после охлаждения;

- полимеризациия при температуре 275±25 °С;

- радиодоводка оболочки путем механической обработки ее наружной поверхности алмазным инструментом до заданной толщины стенки и профиля в зависимости от радиотехнических характеристик конкретной оболочки во всем диапазоне рабочих частот;

- соединение оболочки со шпангоутом при помощи герметика.

Примеры выполнения способа.

Пример 1. Керамические заготовки, полученные из боя кварцевого стекла из кварцевой трубки с содержанием SiO₂ не менее 99,8%, формовали в гипсовых формах наливным методом водного шликерного литья путем заливки шликера в полость между гипсовой матрицей и пассивным сердечником с последующей выдержкой при комнатной температуре до полного набора заготовки. Высушенные оболочки обжигали в печах типа ТСБ 71 с вращающимся подом и в печах с проволочными нагревателями моделей N1650/H, N1500/H фирмы Nabertherm при температуре 1200 °С в течение 4 ч. Механическую обработку внутренней поверхности обожженной оболочки осуществляли на токарно-винторезных станках с копировальными устройствами, или на специальных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) алмазным инструментом до заданного профиля, а механическую обработку наружной поверхности с технологическим припуском около 1 мм. После механической обработки, проводили объемную пропитку оболочки раствором кремнийорганического полимера, например метилфенилспиросилоксаном в ацетоне (МФСС-8 ТУ 6-02-1352-87 или ТУ 2229-001-64570284-2011). Операцию производили с использованием предварительного вакуумирования оболочки в течение 30 мин и последующей пропиткой в течение 4 ч. Затем оболочку термообрабатывали при 180ºС с последующим охлаждением до температуры не выше 50 ºС. После чего производили удаление с поверхностей оболочки образовавшихся гелеобразных наплывов хлопчатобумажной салфеткой, пропитанной ацетоном, в течение 1 ч после охлаждения. Затем оболочку термообрабатывали по режиму полимеризации МФСС-8 при температуре 250°C с выдержкой 6 ч. После осуществляли радиодоводку оболочки путем механической обработки алмазным инструментом для достижения радиотехнических характеристик конкретной оболочки во всем диапазоне рабочих частот. Сборку оболочки со шпангоутом из инвара проводили по известной технологии путем приклейки шпангоута к посадочной зоне оболочки с помощью герметика Виксинт У-2-28.

Пример 2. Аналогично вышеописанному примеру 1. Обжиг проводили при температуре 1280 °С в течение 1 ч, предварительное вакуумирование оболочки в течение 40 мин и последующая пропитка в течении 10 ч, термобрабатывали при 210ºС с последующим охлаждением до температуры не выше 50 ºС, термообрабатывали по режиму полимеризации МФСС-8 при температуре 300°C с выдержкой 4 ч.

Авторы установили, что термообработка пропитанной крупногабаритной или толстостенной оболочки при температуре ниже 180 °С не приводит к образованию гелеобразных наплывов, а термообработка при температуре выше 210 °С приводит к образованию уже отвержденных наплывов. Удаление образовавшихся гелеобразных наплывов позднее 1 ч после проведения термообработки приводит к их отвердению, что не позволяет удалить их полностью с помощью ацетона.

Способ изготовления радиопрозрачного изделия позволяет получать изделия, не имеющие на поверхностях наплывы отвержденного кремнийорганического полимера, за счет их удаления с помощью ацетона до начала процесса их отверждения.

В таблице приведены сравнительные данные изделий по прототипу и предлагаемому техническому решению.

Таблица

Способ получения радиопрозрачного изделия Количество изготовленных изделий Доля изделий, имеющих наплывы отвержденного кремнийорганического полимера Прототип 15 шт. 100 % Предлагаемое техническое решение 15 шт. 0 %

Изобретение позволяет повысить выход годных изделий в соответствии с требуемым уровнем РТХ и сократить трудоемкость изготовления изделий.

Изобретение относится к антенной технике и служит для изготовления радиопрозрачных антенных обтекателей скоростных ракет. Техническим результатом является улучшение радиотехнических характеристик изделия и уменьшение трудоемкости его изготовления. Технический результат достигается тем, что способ изготовления радиопрозрачного изделия, включающий формование керамической оболочки, сушку, обжиг, механическую обработку алмазным инструментом, объемную пропитку оболочки кремнийорганическим полимером с последующей полимеризацией, радиодоводку оболочки путем механической обработки ее наружной поверхности до заданных размеров, соединение оболочки со шпангоутом при помощи герметика, отличается тем, что перед полимеризацией проводят термообработку с подъемом температуры до 180-210 °С без выдержки, охлаждают до температуры не выше 50 °С, удаляют гелеобразные наплывы с поверхностей оболочки ацетоном не позднее 1 ч после охлаждения.

Способ изготовления радиопрозрачного изделия, включающий формование керамической оболочки, сушку, обжиг, механическую обработку алмазным инструментом, объемную пропитку оболочки кремнийорганическим полимером с последующей полимеризацией, радиодоводку оболочки путем механической обработки ее наружной поверхности до заданных размеров, соединение оболочки со шпангоутом при помощи герметика, отличающийся тем, что перед полимеризацией проводят термообработку с подъемом температуры до 180-210 °С без выдержки, охлаждают до температуры не выше 50 °С, удаляют гелеобразные наплывы с поверхностей оболочки ацетоном не позднее 1 ч после охлаждения.