一种耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法与流程

本发明属于电磁超材料，尤其涉及一种耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法。

背景技术：

1、作为飞行器电磁功能系统关键组成部分的超表面结构，其材料结构稳定性、电磁性能保持能力成为系统可靠性的关键制约因素。当飞行速度超过预设值时，外表面会出现显著的气动加热与复杂边界层化学反应，典型瞬时升温速率可达约120℃/s，表面温度可升至约1000℃量级。在此高温强氧化环境中，超表面结构的关键失效通常并非单一材料强度不足，而是导电金属层-介电基底-防护层多材料界面的协同退化。电磁超表面通常由周期性排布的金属图形单元构成，其功能依赖于亚波长尺度的导电图形精确性与界面耦合特性。然而金属层在高温含氧环境下不仅面临因氧化反应导致电导率下降的问题；同时，由热膨胀系数失配引起的循环应力在界面处累积，诱发微裂纹萌生、脱层扩展与方阻升高，进而导致谐振点漂移、阻抗匹配恶化和电磁功能失稳。因此，针对耐高温超表面金属层的封装防护，核心矛盾已从单纯耐温材料替代转向界面稳定性-抗氧化封护-可制造一致性的体系化设计。

2、现有工程热防护路径大体分为外部隔热与结构功能一体化两类。前者通过外加耐高温罩体隔热，但可能会导致结构厚度增加、曲面耦合困难与介电色散导致的附加插入损耗，且热致应力可能进一步降低辐射效率与方向图质量；后者强调在天线/超表面本体直接采用高热稳定介电基底与耐高温导体材料，从根源提升抗热失效能力，更契合外形连续性与气动热管理的协同需求。但在实际工程应用中，1000 ℃高温短时服役与热冲击/热循环工况下，外表面暴露的金属层不可避免的发生高温劣化与界面稳定性退化问题。目前已经公开报道了几种耐高温吸波材料结构及其制备方法，专利cn117154398a公开了一种耐高温天线罩及其制备方法，该报道的耐高温结构由织物和树脂复合得到，由于包含高分子材料，其耐温能力一般不超过300℃，难以满足1000℃级应用需求。专利cn110459863a公开了一种耐高温天线结构并引入隔热、冷却与温度梯度设计，但系统部件较多、结构与制造复杂、工程集成难度较大。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，有效隔绝水氧介质、抑制金属层高温氧化与迁移，缓解热膨胀失配引起的界面应力集中，降低微裂纹与脱层风险，从而提升超表面金属层在高温条件下的导电稳定性与电磁性能一致性。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，包括：将玻璃釉粉与粘结剂按预设质量比混合，制备玻璃釉浆料；对超表面金属层进行预处理并在其表面均匀涂覆所述玻璃釉浆料，形成覆盖玻璃釉浆料的超表面样件；将覆盖玻璃釉浆料的超表面样件置于受控气氛下进行分阶段升温与保温烧结，使玻璃釉在金属层表面致密化获得连续气密的玻璃釉封装层；对连续气密的玻璃釉封装层进行打磨，并进行清洗、干燥处理，得到玻璃釉封装防护的耐高温超表面。

3、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，所述玻璃釉粉为无铅硼硅酸盐体系玻璃釉粉、硅酸盐系玻璃釉粉、磷酸盐系玻璃釉粉、铝硅酸盐系玻璃釉粉、硼酸盐系玻璃釉粉和微晶玻璃釉粉中的至少一种。

4、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，所述粘结剂为去离子水、乙醇、异丙醇、丙二醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇醚、乙酸乙酯、醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、丙酮和乙基纤维素中的至少一种。

5、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，所述玻璃釉浆料的无机固含量为40-75wt%，有机/挥发分总量为25-60wt%。

6、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，涂覆方式采用丝网印刷、转印、高压喷涂和浸渍涂覆中的一种。

7、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，受控气氛下进行分阶段升温与保温烧结包括在150℃-350℃区间采用空气气氛以完成有机物热解清除，随后切换为氮气或低氧分压保护气氛并升温至峰值温度完成黏流致密化；其中，升温速率为3-8℃/min，并在烧结后以3-5℃/min受控冷却至200℃以下。

8、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，烧结的峰值温度为950℃～1050℃，保温10-30 min。

9、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，分阶段升温与保温烧结前还包括预干燥步骤，将涂覆玻璃釉浆料后的超表面样件置于150℃条件下预干燥10-15 min。

10、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，所述玻璃釉粉粒径分布呈单峰，d50为35μm -55μm，d10≥15 μm且d90≤110 μm。

11、上述耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法中，对超表面金属层进行预处理包括溶剂清洗去除油污。

12、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

13、（1）本发明通过受控气氛的分阶段升温与保温烧结，使玻璃釉在金属层表面充分黏流致密化，获得连续、低孔隙率的封装膜层，从而提高封装气密性与整体防护可靠性；

14、（2）本发明的玻璃釉封装层可有效阻隔高温环境中的氧气、水汽及腐蚀性介质向金属界面扩散，抑制金属层氧化增厚、迁移粗化与导电截面积下降，保持金属层导电稳定性；

15、（3）本发明通过玻璃釉封装层在烧结过程中对金属层与介质基底界面实现填充、润湿与桥联，并在冷却阶段形成连续的封装约束结构，从而增强金属层与介质基底的紧密结合；在高温热冲击与热循环等热力载荷作用下，可有效降低界面裂纹扩展与脱层风险，使金属层不易剥离脱落，提升超表面结构服役可靠性；

16、（4）本发明的封装层湿膜厚度与最终厚度可控，避免过厚封装带来的重量与介电加载效应，同时提升阵列单元之间的一致性，降低谐振漂移与插入损耗波动，有利于保持超表面电磁响应稳定。

1.一种耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：所述玻璃釉粉为无铅硼硅酸盐体系玻璃釉粉、硅酸盐系玻璃釉粉、磷酸盐系玻璃釉粉、铝硅酸盐系玻璃釉粉、硼酸盐系玻璃釉粉和微晶玻璃釉粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：所述粘结剂为去离子水、乙醇、异丙醇、丙二醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇醚、乙酸乙酯、醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、丙酮和乙基纤维素中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：所述玻璃釉浆料的无机固含量为40-75wt%，有机/挥发分总量为25-60wt%。

5.根据权利要求1所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：涂覆方式采用丝网印刷、转印、高压喷涂和浸渍涂覆中的一种。

6.根据权利要求1所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：受控气氛下进行分阶段升温与保温烧结包括在150℃-350℃区间采用空气气氛以完成有机物热解清除，随后切换为氮气或低氧分压保护气氛并升温至峰值温度完成黏流致密化；其中，升温速率为3-8℃/min，并在烧结后以3-5℃/min受控冷却至200℃以下。

7.根据权利要求6所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：烧结的峰值温度为950℃～1050℃，保温10-30 min。

8.根据权利要求1所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：分阶段升温与保温烧结前还包括预干燥步骤，将涂覆玻璃釉浆料后的超表面样件置于150℃条件下预干燥10-15 min。

9.根据权利要求1或2所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：所述玻璃釉粉粒径分布呈单峰，d50为35μm -55μm，d10≥15 μm且d90≤110 μm。

10.根据权利要求1所述的耐高温超表面金属层的玻璃釉封装防护方法，其特征在于：对超表面金属层进行预处理包括溶剂清洗去除油污。