DE3820751B3

DE3820751B3 - Für Ultrahochfrequenzen transparentes Beschichtungsmaterial und mit derartigem Material ausgerüstete Antennenkuppel

Info

Publication number: DE3820751B3
Application number: DE3820751A
Authority: DE
Inventors: Francois Pacreau
Original assignee: Dassault Electronique SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2008-06-21
Also published as: GB2444543A; GB2444543B; SE8802352D0; IT8867523A0; FR2899976A1; GB8814442D0

Abstract

Verwendung eines Beschichtungsmaterials bestehend aus fluoriertem Polymer, welches weniger als 10 Gew.-% eines Materials wie Molybdänbisulfid oder dergleichen enthält, in Form eines Monoblock-Formrohlings, der durch homogenes Mischen der pulverförmigen Ausgangsstoffe des Beschichtungsmaterials, Aufschmelzen der pulverförmigen Mischung unter Wirkung von Druck und Wärme sowie Entformung und Endbearbeitung ausgebildet wird unter Erhalt der gewünschten Form, als Antennen- oder Radarkuppel, die für Ultrahochfrequenzen durchlässig ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Beschichtungsmaterials aus fluoriertem Polymer, welches weniger als 10 Gew.-% eines Materials wie Molybdänbisulfid o.dgl. enthält. Antennen- oder Radarkuppeln von Flugkörpern müssen mit einem Material ausgerüstet sein das für UHF-Wellen durchlässig ist. Wenn es sich um Raketen handelt, muß das Material zunächst einmal während einer kurzen Zeit eine sehr hohe Temperatur aushalten, ohne zu schmelzen, und darf sich nicht teilweise in Kohlenstoff umsetzen, was seine Transparenz für Ultrahochfrequenzen zerstören würde.
Um ihre Schutzfunktionen auszuüben, müssen die Antennen- oder Radarkuppeln von Raketen hohe Temperaturen und thermische Schocks aushalten können.
Schließlich und vor allem müssen sie widerstandsfähig sein gegenüber Erosionseffekten und insbesondere der "Pluvio-Erosion", die ein Erosionseffekt von Regentropfen mit hoher Geschwindigkeit im Machbereich ist.
In der US-PS 4 364 884 und der US-PS 4 451 833 ist zu diesem Zweck die Verwendung von Polytetrafluorethylen (PTFE) beschrieben, das mit sehr feinen, speziell ausgerichteten Glasfasern verstärkt ist.
In diesen Patentschriften wird es als unmöglich angesehen, eine einstückige Antennen- oder Radarkuppel, die mit Glasfasern verstärkt ist, direkt zu erhalten. Diese werden somit aus Scheiben oder "Rohlingen" hergestellt, die anschließend durch Diffusion miteinander verschweißt werden.
Andererseits hat sich herausgestellt, daß das PTFE im allgemeinen, allein oder beladen bzw. verstärkt nicht einsatzfähig ist, da es nicht widerstandsfähig gegenüber der Pluvio-Erosion ist. Aus der DE 2630949 A1 ist eine Beschichtungsmasse auf Basis von PTFE bekannt, welche auch Molybdänbisulfid enthalten kann.
Unter diesen Voraussetzungen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Material anzugeben, das zur direkten Verarbeitung bzw. Beschichtung eines Antennen- oder Radarkuppelrohlings Block geeignet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Hauptanspruches umfassen.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Beschichtungsmaterials, das für Ultrahochfrequenzen transparent und in der Lage ist, hohe Temperaturen auszuhalten, von dem Typ, der ein fluoriertes Polymer enthält, wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE).
Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung enthält das Material weniger als 10 Gew.-% eines Materials, wie z. B. Molybdänbisulfid (MoS₂).
Es wurde festgestellt, daß der Umstand, daß man ein fluoriertes Polymer, wie z. B. Polytetraflurethylen, mit Molybdänbisulfid belädt, es ermöglicht, in besonders einfacher Weise ein Beschichtungsmaterial zu erhalten, das für Ultrahochfrequenzen transparent und widerstandsfähig gegenüber der Pluvio-Erosion ist und dadurch besonders für die Beschichtung von Antennen- oder Radarkuppeln, z. B. an Raketen geeignet ist.
Ein derartiges Material hat außerdem den Vorteil, daß es sich direkt zu einem Antennen- oder Radarkuppelrohling in einem einzigen Block verarbeiten läßt, wobei dieser Rohling sich dann leicht bearbeiten und auf die gewünschte Form bringen läßt.
Zweckmäßiger Weise liegt der Anteil von Molybdänbisulfid zwischen 0,6 und 6 % und beträgt vorzugsweise etwa 3 %, bezogen auf das Gewicht des Materials.
Das erfindungsgemäße Material kann auch, als Zusatzstoffe, andere fluorierte Polymere oder Copolymere enthalten, beispielsweise Polyfluoralkoxid (PFA).
Außer dem Polyfluoralkoxid kann man auch weitere Zusatzstoffe hinzufügen, beispielsweise ein Copolymer von Tetrafluorethylen(TFE) und von Hexafluorpropen (HFE).
Die Erfindung wird nachstehend, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in einer einzigen Figur eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Antennen- oder Radarkuppelrohlings in einem einzigen Block mit einem Beschichtungsmaterial gemäß der Erfindung.
Wie oben bereits angegeben, besteht das Material gemäß der Erfindung im wesentlichen aus einem fluorierten Polymer, wie z. B. Polytetrafluorethylen(PTFE), und einem Material, wie z. B. Molybdänbisulfid (MoS₂) sowie gegebenenfalls anderen fluorierten Polymeren oder Copolymeren als Zusatzstoffen.
All diese Substanzen sind im Handel in Pulverform unterschiedlicher Korngröße erhältlich. Insbesondere ist das Polytetrafluorethylen(PTFE) im Handel erhältlich, insbesondere unter der Marke Teflon von der Firma Dupont de Nemours.
Um das Beschichtungsmaterial gemäß der Erfindung herzustellen, beginnt man zunächst mit dem Mischen von fluoriertem Polymer, beispielsweise von PTFE, von Molybdänbisulfid und gegebenenfalls von einem oder mehreren der oben erwähnten Zusatzstoffe.
Dieser Arbeitsgang muß sorgfältig in einem geeigneten Mischer durchgeführt werden, und zwar in der Weise, daß man eine vollständig homogene Mischung der verschiedenen Bestandteile erhält.
Wenn diese Vermischung durchgeführt worden ist, erhält man ein pulverförmiges Material, das zur Verwendung bei der Herstellung eines Antennen- oder Radarkuppelrohlings fertig ist.
Um dieses pulverförmige Material in ein durchgehendes Beschichtungsmaterial umzusetzen, verwendet man ein beliebiges der verschiedenen Verfahren, die in der Sintertechnik von fluorierten Polymeren bekannt sind, wie z. B. bei PTFE. Es darf daran erinnert werden, daß es im wesentlichen drei Sinterverfahren bzw. Aufschmelzverfahren gibt, nämlich ein Verfahren der sogenannten "einfachen Kompression", ein Verfahren der sogenannten "doppelten Kompression" und ein Verfahren des sogenannten "isostatischen Formens".
Unabhängig davon, welcher Verfahrenstyp verwendet wird, erfolgt die Umsetzung des pulverförmigen Materials in ein zusammenhängendes Material, indem man die Anwendung von Druck und die Anwendung von Wärme kombiniert.
Bei dem Verfahren der sogenannten "einfachen Kompression" komprimiert man zunächst das pulverförmige Material und beaufschlagt es dann mit Wärme, um das Sintern des Materials zu realisieren. Bei dem Verfahren der sogenannten "doppelten Kompression" wendet man gleichzeitig eine Druckbeaufschlagung und eine Wärmebeaufschlagung an.
Bei dem einen oder anderen der beiden oben beschriebenen Verfahren wird das pulverförmige Material zwischen einer Matrize, die eine Form bildet, und einem Stempel komprimiert, und zwar in der Weise, daß man die gewünschte Form erhält.
Bei dem Verfahren des sogenannten "isostatischen Formvorganges" erfolgt die Kompression des Materials mitten in einer äußeren Schale, um eine bessere gleichmäßige Druckverteilung über das gesamte Formstück zu erzielen.
Die beiliegende Zeichnung zeigt lediglich beispielsweise eine Vorrichtung, die die Herstellung eines Antennen- oder Radarkuppelrohlings in einem einzigen Stück mit einem Material ermöglicht, das oben im einzelnen erläutert worden ist.
Diese Vorrichtung weist im wesentlichen eine Matrize 10 auf, die innen einen Formhohlraum 12 bildet, dessen Form im wesentlichen der Außenform der Antennen- oder Radarkuppel entspricht, mit einer Dicke dicht bei der der Beschichtung. Diese Matrize 10 ist von einer geeigneten Heizeinrichtung 14 umgeben.
Die Vorrichtung weist ferner einen Stempel 16 von geeigneter Form auf, der am Ende einer Stange 18 montiert ist, damit er sich längs der Achse X-X verschieben läßt, und der mit einem ringförmigen Rand 20 versehen ist.
Ausfuhrungsbeispiele
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Herstellung eines Antennen- oder Radarkuppelrohlings, dessen Form im wesentlichen der einer Geschoßspitze entspricht, und, in der Position des Formvorganges, ist der Abstand, der die den Formhohlraum 12 begrenzende Wand und die Außenwand des Stempels 16 trennt, im wesentlichen konstant.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung wird folgendermaßen verwendet. Das in der oben beschriebenen Weise präparierte pulverförmige Material wird in den Zwischenraum zwischen der Matrize 10 und dem Stempel 16 eingefüllt. Dieses Material wird dann gesintert bzw. aufgeschmolzen durch die Anwendung von Druck, mittels der Stange 18, welche den Stempel 16 betätigt, und durch die Anwendung von Wärme, mittels der Heizeinrichtung 14, wobei die Anwesenheit des Randes 20 dazu beiträgt, den Druck zu erhöhen, mit dem das pulverförmige Material beaufschlagt wird.
Zu diesem Zweck kann man damit beginnen, daß man zunächst mit Druck beaufschlagt und anschließend heizt, man kann aber auch gleichzeitig eine Druck- und Wärmebeaufschlagung vornehmen.
Dies ermöglicht es, das Sintern bzw. Aufschmelzen des Materials durchzuführen und somit einen Antennen- oder Radarkuppelrohling in einem einzigen Stück zu erhalten. Nach der Beendigung dieses Sinter- bzw. Aufschmelzvorganges und der Abkühlung des Rohlings kann man zur Entformung von letzterem übergehen, indem man den Stempel 16 aus der Matrize 10 entfernt, und zwar durch Verschiebung in Richtung der Achse X-X.
Man kann beispielsweise zur Herstellung des Materials eine Mischung von PTFE vom Typ Teflon 7 und von Molybdänsulfid in Form eines handelsüblichen Pulvers ohne weitere Zusatzstoffe bilden. Der mittlere Durchmesser der Molybdänsulfidteilchen kann in der Größenordnung von Mikrometern (μm) liegen und beispielsweise gleich 1 μm sein. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel macht das Molybdänsulfid 3 Gew.-% der Mischung aus.
Man mischt die beiden oben erwähnten Materialien miteinander, und die so erhaltene Mischung wird in eine Form gefüllt, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist.
Das Sintern bzw. Aufschmelzen der Mischung wird mit einem Verfahren der "doppelten Kompression" erhalten, indem man einen maximalen Druck von 300 Bar und eine maximale Temperatur von 380° C während der zur Polymerisation erforderlichen Zeit aufbringt, d. h. in der Größenordnung von einigen Stunden. Wenn die Polymerisation beendet ist, macht man von einem Zyklus der Stabilisation mit Absenkung der Temperatur Gebrauch, bevor man zur Entformung des Rohlings weitergeht.
Der so erhaltene Monoblock-Rohling wird dann von außen und innen auf die gewünschte Form bearbeitet.
Diese kann innen in der Weise durchgeführt werden, daß sie in zweckmäßiger Weise an den darunterliegenden Strukturen der Antennen- oder Radarkuppel haftet. Eine derartige Präparierung ist auf dem Gebiet der fluorierten Polymere, wie z. B. von Polytetrafluorethylen bekannt, um das Anhaften von solchen Materialien an Tragkonstruktionen zu ermöglichen.
Man hat festgestellt, daß unter Verwendung einer derartigen Präparierung der so bearbeitete und präparierte Rohling sofort auf die darunterliegenden Strukturen der Antennen- oder Radarkuppel geklebt werden kann.
Diese darunterliegenden Strukturen können beispielsweise eine zusammengesetzte komplexe Struktur aufweisen, die gegenüber hohen Temperaturen beständig ist, vom Typ Glaspolyimid.
Die darunterliegende Struktur, die mit der gewünschten Form ausgebildet ist, nimmt dann durch Klebung den bearbeiteten und präparierten Rohling auf, der oben im einzelnen beschrieben ist.
Es darf darauf hingewiesen werden, daß das Material sich zur Herstellung von Antennen- und Radarkuppeln unterschiedlichster Formen eignet, und zwar durch einen einfachen Formvorgang, an den sich der Arbeitsgang der Bearbeitung auf die gewünschte Form anschließt.
Antennen- und Radarkuppeln, die mit einem derartigen Beschichtungs- oder Auskleidungsmaterial ausgerüstet sind, sind besonders gut widerstandsfähig gegenüber der Pluvio-Erosion, und dies bei sehr hohen Geschwindigkeiten, die einen Wert von Mach 4 erreichen oder sogar überschreiten können.

Claims

Verwendung eines Beschichtungsmaterials bestehend aus fluoriertem Polymer, welches weniger als 10 Gew.-% eines Materials wie Molybdänbisulfid oder dergleichen enthält, in Form eines Monoblock-Formrohlings, der durch homogenes Mischen der pulverförmigen Ausgangsstoffe des Beschichtungsmaterials, Aufschmelzen der pulverförmigen Mischung unter Wirkung von Druck und Wärme sowie Entformung und Endbearbeitung ausgebildet wird unter Erhalt der gewünschten Form, als Antennen- oder Radarkuppel, die für Ultrahochfrequenzen durchlässig ist.
Beschichtungsmaterial zur Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdänbisulfid in einem Anteil von 0,6 bis 6 Gew.-% vorhanden ist und daß das fluorierte Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE) oder dergleichen ist.
Beschichtungsmaterial zur Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdänbisulfid in einem Anteil von im wesentlichen 3 Gew.-% vorhanden ist.
Beschichtungsmaterial zur Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zusatzstoffe weitere fluorierte Polymere oder Copolymere enthält.
Beschichtungsmaterial zur Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zusatzstoff Polyfluoralkoxid (PFA) enthält.
Beschichtungsmaterial zur Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als weitere Zusatzstoffe Copolymere von Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropen (HFP) enthält.