技术领域
[0001] 本
发明涉及航天科技领域，尤其涉及一种波导管的金属层制备方法及波导管的制备方法。
背景技术
[0002] 波导管主要应用于通信、卫星地面站、
微波测量等领域。对于波导管的制备，一般都是由金属材料通过
机械加工的方式制备或对
树脂材料管件的内表面进行电
镀处理而成，最终形成
碳纤维复合材料波导管。
碳纤维复合材料波导主要有两种成型方法：一种复合材料波导是用复合材料在其工装模具上
固化成型后，对管内部进行
研磨、
抛光，然后再
电镀金属层，最后组合而成；另一种为整体一步法成型工艺，先在成型波导的工装模具上电镀金属层，铺制复合材料固化脱模后，采用
碱性溶液将其工装模具
腐蚀掉，从而将金属层留在复合材料制件的内壁上。
[0003] 上述两种现有的制备工艺主要存在以下
缺陷：(1)对于先固化碳纤维复合材料管，然后在其内壁电镀金属层的工艺，其电镀金属层附着
力较差，且随着波导管长度的增加，镀层不均匀性发生的概率也越高，金属镀层发生鼓包的可能性也大大增加；(2)对于整体一步法成型工艺，模具将随着脱模过程而被腐蚀掉，因此一个模具只能制备一件制品，模具成本高，生产周期长，同时芯模的去除时间较长，每个芯模需要在碱溶液中浸泡五至六昼夜，这对复合材料及其金属镀层本身也将产生潜在的破坏。
[0004] 因此，需要一种新型的波导管的金属层制备方法，不需要对波导管进行机加工，因而其厚度远远小于金属波导管，所用的材料少，重量可以进一步减轻。
发明内容
[0005] 为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种波导管的金属层制备方法及波导管的制备方法，通过采用
热膨胀系数为零的复合材料可以使得所制备的波导管的电性能不受外界
温度的影响，电性能稳定。
[0006] 本发明公开了一种波导管的金属层制备方法，包括以下步骤：
[0007] 提供包括
硝酸银的主盐溶液和包括
葡萄糖酸钠的还原剂溶液；
[0008] 在波导管的芯模表面同时
喷涂主盐溶液和还原剂溶液；
[0009] 待主盐溶液和还原剂溶液混合后于芯模表面形成主材质为银的金属层。
[0010] 优选地，在波导管的芯模表面同时喷涂主盐溶液和还原剂溶液的步骤包括：
[0011] 使用双头枪装载主盐溶液和还原剂溶液；
[0012] 向芯模表面以一预设喷涂压力喷出主盐溶液和还原剂溶液，其中，主盐溶液和还原剂溶液的枪外混合点距所述芯模表面的距离为一预设距离。
[0013] 优选地，所述预设喷涂压力为0.4-0.8MPa；
[0014] 所述预设距离为10-20cm。
[0015] 优选地，向芯模表面以一预设喷涂压力喷出主盐溶液和还原剂溶液的步骤中，双头枪喷出的主盐溶液和还原剂溶液的比例为1:1-1:1.5。
[0016] 优选地，所述主盐溶液还包括三
乙醇胺、
氨水和超纯水；
[0017] 所述还原剂溶液还包括
硫酸肼、乙醇和超纯水。
[0018] 优选地，所述金属层的厚度为1-500μm。
[0019] 本发明还公开了一种波导管的制备方法，包括以下步骤：
[0020] 制作芯模；
[0021] 根据
权利要求1所述的金属层制备方法，于芯模表面形成主材质为银的金属层；
[0024] 脱去芯模以制备波导管。
[0025] 优选地，根据权利要求1所述的金属层制备方法，于芯模表面形成主材质为银的金属层及于金属层表面铺覆碳纤维预浸料的步骤间还包括：
[0026] 对所述金属层电镀，形成厚度在50-500μm的电镀金属层。
[0027] 优选地，对所述金属层电镀，形成厚度在50-500μm的电镀金属层的步骤包括：
[0028] 提供氰化银和氰化
钾，在15-35℃间，采用0.1-0.5A·dm-2的
阴极电流密度在金属层上电镀。
[0029] 优选地，制作芯模的步骤包括：
[0030] 根据波导管的几何参数，设计芯模结构；
[0031] 基于
热膨胀系数修正芯模结构，加工制备芯模。
[0032] 采用了上述技术方案后，与
现有技术相比，具有以下有益效果：
[0033] 1、通过调节纳米喷镀和电镀工艺参数，可以控制金属层的厚度；
[0034] 2、工装芯膜为外表面加工，通过高
精度机械加工和精细研磨抛光工艺,容易实现高尺寸精度和镜面光洁度，从其表面脱模的波导管尺寸精度高,电性能优异；
[0035] 3、工装芯膜为外表面加工，其长度基本不受高精度机械加工内孔长度有限的限制，因而可以制备比传统的加工内表面方法更长的波导管；
[0036] 4、脱模简单且制备周期短，模具可以重复使用，生产成本低；
[0037] 5、采用热膨胀系数为零的复合材料可以使得所制备的波导管的电性能不受外界温度的影响，电性能稳定；
[0038] 6、由于复合材料的比
刚度高、用这种方法制备的波导管的重量可以减轻很多；
[0039] 7、由于不需要对波导管进行机加工，因而其厚度远远小于金属波导管，所用的材料少，重量可以进一步减轻。
附图说明
[0040] 图1为符合本发明一优选
实施例中波导管的金属层制备方法的流程示意图；
[0041] 图2为符合本发明一优选实施例中波导管的制备方法的流程示意图；
[0042] 图3为符合本发明一优选实施例中具有预浸料的波导管固化工艺曲线示意图；
[0043] 图4a-4d为符合本发明一优选实施例中波导管的各性能测试实验结果图；
[0044] 图5为符合本发明一优选实施例中波导管的组合模具的结构示意图；
[0045] 图6为符合本发明一优选实施例中带金属
法兰碳纤维复合材料的波导管的结构示意图。
具体实施方式
[0046] 以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
[0047] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0048] 在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0049] 应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
[0050] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0051] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0052] 在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模
块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
[0053] 参阅图1，为符合本发明一优选实施例中波导管的金属层制备方法的流程示意图，在该制备方法中，包括以下步骤：
[0054] ①提供包括硝酸银的主盐溶液和包括
葡萄糖酸钠的还原剂溶液
[0055] 本发明中波导管的金属层，将采用纯银层或含银离子层制备形成。通过银材质金属层的使用，可制备得到厚度均匀、电性能佳的金属层，且其整体厚度适当，在航天领域的特殊环境下，可保持一定的刚性。
[0056] 为形成得到上述金属层，金属层的形成采用纳米喷镀工艺，如双头枪空气喷涂、单头枪空气喷涂等。纳米喷镀工艺中使用的两种溶液，分别为包括成一定比例配比的硝酸银的主盐溶液和包括葡萄糖酸钠的还原剂溶液，具体地，主盐溶液由硝酸银、三乙醇胺、
氨水和超纯水组成，还原剂溶液由硫酸肼、葡萄糖酸钠、乙醇和超纯水组成。
[0057] ②在波导管的芯模表面同时喷涂主盐溶液和还原剂溶液
[0058] 获得上述两种主盐溶液和还原剂溶液后，将其分别注入双头枪的两喷管内，并在距离波导管的芯模表面一定距离，如10-20cm处，以0.4-0.8MPa的喷涂压力，向芯模表面喷出。
[0059] ③待主盐溶液和还原剂溶液混合后于芯模表面形成主材质为银的金属层
[0060] 主盐溶液与还原剂溶液被喷射到芯模表面后，将在芯模表面反应，分离出银离子后并在芯模表面固化形成主材质为银的金属层。该金属层的厚度可为1-500μm，优选地可以在5-250μm。
[0061] 一优选实施例中，在波导管的芯模表面同时喷涂主盐溶液和还原剂溶液的步骤包括：
[0062] ②-1：使用双头枪装载主盐溶液和还原剂溶液；
[0063] ②-2：向芯模表面以一预设喷涂压力喷出主盐溶液和还原剂溶液，其中，主盐溶液和还原剂溶液的枪外混合点距芯模表面的距离为一预设距离。如上文所述的，预设喷涂压力可以在0.4-0.8MPa，预设距离可以在10～20cm。而在制备主盐溶液和还原剂溶液时，可采用两者比例为1:1～1:1.5的配比。
[0064] 上述任一实施例中，主盐溶液包括的硝酸银、三乙醇胺、氨水和超纯水及还原剂溶液包括的硫酸肼、葡萄糖酸钠、乙醇和超纯水的具体配比可参照下表：
[0065]
[0066] 表1
[0067] 参阅图2，为符合本发明一优选实施例中波导管的制备方法的流程示意图，在该实施例的制备方法中，包括以下步骤：
[0068] ①制作芯模；
[0069] 根据波导管型号的几何参数要求，可先建立计算模型，再通
过热膨胀系数修正芯模结构，以加工制备得到符合工装芯模尺寸要求的芯模。
[0070] 由于所制备的波导管的截面尺寸会影响最终的产品的电性能。因此，为了满足性能要求，必须严格控制产品的尺寸精度，修正的方式可保证固化后制品的尺寸要求。以碳纤维复合材料波导管BJ100为例，通常要求波导管产品的横截面尺寸a＝19.05mm，b＝9.525mm，模具采用316L不锈
钢，考虑到热膨胀系数影响，通过修正过程，实际的模具截面尺寸为a＝19.02±0.01mm，b＝9.51±0.01mm。这样可以保证高温固化后的产品满足尺寸精度的要求。
[0071] 以上述制作及修正的步骤，最终得到材料为
不锈钢、模具钢、隐钢、
铝合金、高温塑料、玻璃、代木等的芯模，且芯模的表面粗糙度Ra≤0.8μm。
[0072] ②根据上述金属层制备方法，于芯模表面形成主材质为银的金属层；
[0073] ③于金属层表面铺覆碳纤维预浸料；
[0074] 为满足碳纤维复合材料波导管在空间环境中热
稳定性要求，在金属层表面铺覆碳纤维预浸料时，将采用准零膨胀铺层设计，例如按照铺层
角度[0°/45°/90°/-45°/]s，共八层，
单层厚度为0.05-0.2mm，形成总厚度为0.4-1.6mm的预浸料。
[0075] 制备预浸料时，可采用日本东丽的碳纤维和国产环
氧树脂组成，纤维牌号有T300，T700，T1000，M40J，M55J和M60J等。
[0076] ③真空加热固化成型；
[0077] 固化采用
热压罐固化工艺，将具有预浸料的芯模放置在温度100—230℃，压力0.1—1.2MPa的固化环境下。以M40J/
环氧树脂为例，固化工艺曲线可参阅图3。
[0078] ④脱去芯模以制备波导管
[0079] 在碳纤维复合材料波导管经高温固化冷却后，利用模具与碳纤维复合材料热膨胀系数的不匹配性，通过拔模工艺，将复合材料波导管与芯模分离而实现脱模。
[0080] 一优选实施例中，在芯模表面形成主材质为银的金属层后，将进一步电镀一金属层，首先将提供氰化银和氰化钾，在15-35℃间，采用0.1-0.5A·dm-2的阴极电流密度在金属层上电镀厚度在50-500μm的金属层。其中，所电镀金属层的材质可选用金、银、
铜和镍等。以电镀金属层采用银材质为例：电镀配方可包括35～45g·L-1的氯化银、65～80g·L-1的氯化银(总)及35～45g·L-1的
氯化钾(游离)，电镀时间可根据金属层厚度确定。
[0081] 制备波导管后，也可对其进行性能测试，以确定波导管是否符合用户对使用环境，如航空航天的需求。具体地，可测试以下性能：
[0082] 1.抗热冲击性能：
[0083] 经过液氮(-196℃)-高温(135℃)400次冷热循环，通过百格刀试验法，测试金属银层与复合材料基体结合是否牢固，是否出现分层、脱落和鼓包等现象。
[0084] 2.电性能：
[0085] 具有金属银层的波导管经电性能测试后，实验数据如下：
[0086]序号 波导型号 波导长度(毫米)
驻波 插损(dB)
1 单根BJ100 480 优于1.03 优于0.12
2 BJ100组合体 995 优于1.05 优于0.24
[0087] 参阅图4a-4d，其中图4a为序号1波导的驻波比测试数据，图4b为序号1波导的插损测试数据，图4c为序号2波导的驻波比测试数据，图4d为序号2波导的插损测试数据。由测试数据可见，所有波导管(及其组合体)样件的驻波比测试值均优于1.05，插损优于0.25dB/米，可以满足航天的使用要求。
[0088] 图5、图6分别示出了具有金属法兰的复合材料直波导管和具有复材法兰的复合材料直波导管的结构示意图。制备图5所示的复合材料直波导管时，在所制得的直波导管两端组装金属法兰；而制备图6所示的复合材料直波导管时，芯模制备的步骤中，将通过
螺栓在芯模两端连接法兰端模，最后，固化完成后，两端法兰端模拆卸后，可直接得到带法兰的符合材料直波导管。
[0089] 应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何
修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
