本發(fā)明屬于雷達波導天線制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶金屬鍍層碳纖維波導的一體化制備技術(shù)。

背景技術(shù)：

波導天線是雷達天線的一種重要的結(jié)構(gòu)形式，一般多用于星載雷達領(lǐng)域。由于星載有效載荷的輕量化要求，波導天線更加傾向于采用輕質(zhì)高強的高性能碳纖維復合材料來制造。

波導天線一般是結(jié)構(gòu)形式復雜，要求腔體內(nèi)表面具有低損耗的特性，以保證波束的正常傳輸。由于碳纖維復合材料是由碳纖維和樹脂復合而成，復合材料表面存在一層樹脂層，波束傳輸時損耗較大，因此，碳纖維波導內(nèi)腔需要附有一層金屬功能層，減少波束傳輸?shù)膿p耗。常用的復合材料波導腔體金屬層制備的方法有：化學鍍法，該法是待碳纖維波導成型之后，再通過化學鍍的方式在波導腔體表面沉積一層金屬層，該法缺點是對碳纖維復合材料的種類具有一定的選擇性，有些材料表面易鍍有些不宜鍍上，且由于腔體內(nèi)部復雜，無法保證鍍層的連續(xù)性。另一種方法是金屬層芯模轉(zhuǎn)移法，該法先在芯模上通過電鍍法制備上一層金屬層，然后再在其上成型碳纖維復合材料，最后經(jīng)溶解芯模獲得碳纖維波導，該法存在鍍層與碳纖維界面滲入腐蝕性溶液而引起金屬層起皮等缺陷的風險。還有一種方法是高分子膜轉(zhuǎn)移法，該法先在芯模上制備上一層高分子轉(zhuǎn)移膜，然后再在轉(zhuǎn)移膜上經(jīng)電弧噴涂上鋁等金屬材料，復合材料成型后經(jīng)脫模獲得碳纖維波導，該法缺點是，對于存在細長深槽等結(jié)構(gòu)形式的芯模，難以有效制備上高分子轉(zhuǎn)移膜，從而影響整個鍍層的連續(xù)性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)在腔體結(jié)構(gòu)復雜的碳纖維波導天線內(nèi)腔制備上連續(xù)、可靠的金屬層，本發(fā)明提供一種碳纖維波導的制備方法。

制備碳纖維波導的操作步驟如下：

（1）按常規(guī)方法制作易脫模的波導芯模；

（2）制作碳纖維片與銅箔的組合件

（2.1）按槽鋼狀波導的形狀制作八片板條狀的碳纖維片；

（2.2）按槽鋼狀波導的形狀將第一至第七片碳纖維片依次粘貼在銅箔上，且相鄰碳纖維片之間留出間隙；得到組合件；

（3）制作碳纖維波導的預制件

將組合件的銅箔一側(cè)按設(shè)計要求裹繞在波導芯模上，將直角處的銅箔進行彎折，保證銅箔與芯模之間服貼，且使第一至第七碳纖維片位于芯模的外表面；銅箔的兩端接口處位于芯模的凹槽的內(nèi)底面上，在銅箔的兩端接口處通過導電膠膜鋪貼上封口的第八片碳纖維片；在相鄰碳纖維片之間裸露的銅箔表面鋪貼碳纖維材料，真空加熱固化成型，得到坯件；在坯件上再鋪貼碳纖維材料，真空固化成型，得到預制件；

（4）脫模處理

將預制件通過脫模輔助工裝，采用機械牽引方式脫模，得到內(nèi)腔具有連續(xù)可靠銅箔的碳纖維波導。

進一步限定的技術(shù)方案如下：

所述銅箔的厚度為50～80μm。

所述碳纖維片的厚度為0.2～0.4mm，八片碳纖維片的寬度比對應(yīng)的波導上側(cè)面的寬度小2mm。

所述芯模的表面粗糙度小于1.6。

步驟（2）中，所述八片板條狀的碳纖維片分別為右內(nèi)片6、右頂片7、右外片8、外底片9、左外片10、左頂片11、左內(nèi)片12和封口片13；其中外底片9對應(yīng)著芯模的外側(cè)部底，右外片8對應(yīng)著與芯模的外側(cè)部底相鄰的右側(cè)外側(cè)面，左外片10對應(yīng)著與芯模的外側(cè)部底相鄰的左側(cè)外側(cè)面，右頂片7對應(yīng)著芯模的右側(cè)頂部，左頂片11對應(yīng)著芯模的左側(cè)頂部，右內(nèi)片6對應(yīng)著芯模的右側(cè)內(nèi)側(cè)面，左內(nèi)片12對應(yīng)著芯模的左側(cè)內(nèi)側(cè)面，封口片13對應(yīng)著芯模的內(nèi)側(cè)部底；右內(nèi)片6和右外片8呈垂直平行，左外片10和左內(nèi)片12呈垂直平行；外底片9和封口片13呈水平平行，相鄰碳纖維片之間的間隙為1.8-2.2mm。

步驟（3）中，銅箔兩端之間的間隙為0.3-0.5mm。

步驟（3）中，在相鄰碳纖維片之間的裸露的銅箔表面鋪貼一層結(jié)構(gòu)膠膜和碳纖維材料，厚度與碳纖維片一致；采用膠帶對裹繞在芯模上的組合件進行預固定，預抽真空后，加熱固化成型，得到坯件；在坯件上鋪貼碳纖維材料，真空度為-0.098mpa，加熱固化溫度為130℃、時間4h條件下真空成型，得到預制件。

步驟（3）中，預抽真空加熱固化成型條件：真空度為-0.098mpa、加熱固化溫度為130℃、時間4h。

步驟（2）中，組合件制作采用成型定位工裝4，所述成型定位工裝4為平板狀，一側(cè)面上設(shè)有七條槽，所述七條槽分別對應(yīng)著第一至第七碳纖維片；操作時，第一至第七碳纖維片分別放置在七條槽，再粘貼上銅箔。

步驟（4）中，所述脫模輔助工裝包括輔助板14、墊塊17、擋塊18和機械牽引機構(gòu)19；所述墊塊17為水平板；所述輔助板14的中部開設(shè)有與芯模1橫截面對應(yīng)配合的芯?？?5，擋塊18上開設(shè)有通孔；輔助板14固定在擋塊18上，且使芯模孔15和通孔對應(yīng)貫通；輔助板14和擋塊18直立固定在墊塊17的一端；機械牽引機構(gòu)19包括螺桿20和螺桿轉(zhuǎn)動機構(gòu)；芯模1的一端設(shè)有脫模螺孔2；使用時，將需要脫模的預制件平放在墊塊17上，并使具有脫模螺孔2的芯模1的一端穿過芯?？?5和通孔伸至擋塊18的外部；使螺桿20的一端通過和脫模螺孔2的配合連通著芯模1；通過螺桿轉(zhuǎn)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動螺桿20，將芯模1從碳纖維波導中拉出，完成脫模。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面：

1.本發(fā)明的制備方法采用完整銅箔作為金屬化層，與傳統(tǒng)的模具轉(zhuǎn)移法金屬化相比，具有銅箔層完整、均勻、連續(xù)，不受電鍍、噴涂等金屬層制備工藝影響等優(yōu)點。

2.由于波導芯模與銅箔間無粘連，因此采用機械牽引方式脫模不會造成制件的損傷，波導芯模可重復利用，一定程度上降低了芯模制造成本。本發(fā)明特別適用于具有復雜腔體結(jié)構(gòu)的復合材料波導的制備。

附圖說明

圖1為易脫式芯模和碳纖維波導制件示意圖；

圖2為碳纖維片/銅箔制件成型過程示意圖；

圖3為碳纖維片/銅箔制件包裹芯模狀態(tài)示意圖；

圖4為脫模輔助工裝中輔助板示意圖；

圖5為碳纖維波導制件脫模過程示意圖。

上圖中序號：芯模1、脫模螺孔2、碳纖維波導3、成型定位工裝4、銅箔5、右內(nèi)片6、右頂片7、右外片8、外底片9、左外片10、左頂片11、左內(nèi)片12、封口片13、輔助板14、芯?？?5、機械牽引平臺16、墊塊17、擋塊18、機械牽引機構(gòu)19、螺桿20。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地描述。

實施例1

制作碳纖維波導的操作步驟如下：

（1）按常規(guī)方法制作易脫模的波導的芯模

參見圖1，根據(jù)波導內(nèi)腔結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計易脫式的芯模。芯模1采用鋼質(zhì)材料，滿足成型和脫模時的剛度、強度要求。芯模1表面粗糙度不高于1.6，滿足波導腔體光潔度要求。芯模1的端部設(shè)計與脫模螺桿配合安裝的脫模螺孔2。為便于與脫模輔助工裝匹配，芯模1的長度比實際波導尺寸長20mm。

（2）制作碳纖維片與銅箔的組合件

根據(jù)圖1所示碳纖維波導3的長度及截面尺寸要求，完成銅箔5的準備，銅箔5厚度為60μm，銅箔5表面平整，無褶皺。

根據(jù)圖1所示碳纖維波導3的長度及截面尺寸要求，完成八片碳纖維片的成型與加工，八片碳纖維片為右內(nèi)片6、右頂片7、右外片8、外底片9、左外片10、左頂片11、左內(nèi)片12和封口片13。八片碳纖維片的厚度均為0.3mm，八片碳纖維片的寬度比對應(yīng)的波導上側(cè)面的寬度小2mm。

參見圖2，成型定位工裝4為平板狀，一側(cè)面上開設(shè)有七條槽，七條槽分別對應(yīng)著第一至第七碳纖維片；操作時，將第一至第七碳纖維片，即右內(nèi)片6、右頂片7、右外片8、外底片9、左外片10、左頂片11和左內(nèi)片12分別放置在成型定位工裝4的七條槽內(nèi)，采用結(jié)構(gòu)膠膜依次粘貼在銅箔5上；在成型定位工裝4的保證下，相鄰碳纖維片之間留出間隙，間隙為2mm，得到碳纖維片與銅箔的組合件。

（3）制作碳纖維波導的預制件

參見圖3，將組合件的銅箔5一面按要求裹繞在波導芯模1上，將直角處的銅箔進行彎折，保證銅箔5與芯模1的服貼，且使右內(nèi)片6、右頂片7、右外片8、外底片9、左外片10、左頂片11和左內(nèi)片12位于芯模的外表面；其中外底片9對應(yīng)著芯模的外側(cè)部底，右外片8對應(yīng)著與芯模的外側(cè)部底相鄰的右側(cè)外側(cè)面，左外片10對應(yīng)著與芯模的外側(cè)部底相鄰的左側(cè)外側(cè)面，右頂片7對應(yīng)著芯模的右側(cè)頂部，左頂片11對應(yīng)著芯模的左側(cè)頂部，右內(nèi)片6對應(yīng)著芯模的右側(cè)內(nèi)側(cè)面，左內(nèi)片12對應(yīng)著芯模的左側(cè)內(nèi)側(cè)面，封口片13對應(yīng)著芯模的內(nèi)側(cè)部底；右內(nèi)片6和右外片8呈垂直平行，左外片10和左內(nèi)片12呈垂直平行。銅箔5的兩端接口處位于芯模的凹槽的內(nèi)底面上，在銅箔5的兩端接口表面上鋪貼一層導電膠膜，再鋪貼上封口片13，銅箔5兩端之間的間隙為0.4mm；外底片9和封口片13呈水平平行。

在相鄰碳纖維片之間裸露的銅箔表面鋪貼一層結(jié)構(gòu)膠膜和碳纖維材料，厚度與碳纖維片一致。

采用膠帶對裹繞在芯模上的組合件進行預固定，在真空度-0.098mpa、溫度130℃、時間4h條件下，真空加溫固化成型，得到坯件；

按照設(shè)計要求的鋪層方向、厚度等指標，在坯件上鋪貼碳纖維材料，在真空度-0.098mpa、溫度130℃、時間4h條件下，真空加溫固化成型，完成波導碳纖維層制備，得到預制件。

（4）脫模處理

參見圖5，脫模采用脫模輔助工裝。脫模輔助工裝包括輔助板14、墊塊17、擋塊18和機械牽引機構(gòu)19；墊塊17為水平板；輔助板14的中部開設(shè)有與芯模1橫截面對應(yīng)配合的芯?？?5，擋塊18上開設(shè)有通孔。輔助板14固定在擋塊18上，且使芯?？?5和通孔對應(yīng)貫通；輔助板14和擋塊18直立固定在墊塊17的一端。機械牽引機構(gòu)19包括螺桿20和螺桿轉(zhuǎn)動機構(gòu)；芯模1的一端開設(shè)有脫模螺孔2。

使用時，將需要脫模的預制件平放在墊塊17上，并使具有脫模螺孔2的芯模1的一端穿過芯?？?5和通孔伸至擋塊18的外部；使螺桿20的一端通過和脫模螺孔2的配合連通著芯模1；通過螺桿轉(zhuǎn)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動螺桿20，將芯模1從碳纖維波導中拉出，完成脫模。

脫模時，將預制件置于機械牽引平臺16的墊塊17上，使芯模1的一端穿過輔助板14上的芯模孔15和擋塊18上的通孔伸至擋塊18的外部；使螺桿20的一端通過和脫模螺孔2的配合連通著芯模1；通過螺桿轉(zhuǎn)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動螺桿20，將芯模1拉出，得到內(nèi)腔具有連續(xù)可靠銅箔的碳纖維波導3，完成脫模。