專利名稱：：氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種復(fù)合陶瓷透波材料及其制備方法。技術(shù)背景隨著飛行器速度和機(jī)動(dòng)能力的大大提高，對(duì)天線罩材料的要求也越來(lái)越苛刻，到20世紀(jì)80年代，氮化物陶瓷憑借其優(yōu)異的特性逐漸引起了人們的興趣。然而現(xiàn)有陶瓷透波材料的耐熱性、抗熱沖擊性和介電性能差，無(wú)法滿足高馬赫數(shù)飛行器的使用要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有陶瓷透波材料的耐熱性、抗熱沖擊性和介電性能不足，無(wú)法滿足高馬赫數(shù)飛行器的使用要求的問(wèn)題；而提供了一種氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料及其制備方法本發(fā)明中氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由5%15%非晶態(tài)Si02粉末、010。/。AlN粉末和75。/。95。/。六方氮化硼粉末制成。本發(fā)明中氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的一、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取5%15%非晶態(tài)Si02粉末、010。/。AlN粉末和75。/。95。/。六方氮化硼粉末后混勻，然后以乙醇及Zr02陶瓷球作為介質(zhì)球磨24小時(shí)，球料質(zhì)量比為3:1，得到漿料；二、將漿料放入不銹鋼盆中，然后置于電磁爐上進(jìn)行烘干得到粘連成團(tuán)的顆粒，再將粘連成團(tuán)的顆粒研碎后過(guò)140180目的篩，得到混料，其中烘干前期以l2圈/每分鐘速度進(jìn)行攪拌，沸騰后停止攪拌(攪拌作用是為了避免分層造成的均勻性下降)；三、將步驟二制得的混料裝入石墨模具中，在1520MPa的壓力下預(yù)壓，保壓時(shí)間為3060秒；四、將經(jīng)步驟三處理的石墨模具置于燒結(jié)爐中，在氮?dú)鈿夥铡?700175(TC條件下，施加1520MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)保溫時(shí)間為3040分鐘，然后隨爐冷卻，獲得氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料。本發(fā)明首次采用BN陶瓷作為基體材料，通過(guò)添加不同顆粒尺寸的第二相Si02甚至是第三相A1N，采用熱壓燒結(jié)的制備工藝，獲得一種力學(xué)性能，熱學(xué)性能和介電性能等綜合性能良好的新型透波材料，其力學(xué)性能、熱學(xué)性能及介電性能均達(dá)到天線罩材料的要求。本發(fā)明制備的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料中，以六方相BN作為基體成分；Si02起到一定促進(jìn)燒結(jié)和類似于粘結(jié)劑的作用，他存在于六方BN的晶粒之間，在服役時(shí)又有降低構(gòu)件表面溫度，改善抗熱震性、耐燒蝕的作用；A1N以顆粒形式彌散存在于BN顆粒之間，主要起到強(qiáng)韌化的作用。本發(fā)明制得氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的透波率可達(dá)85%以上，耐溫可達(dá)160(TC以上。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，便于操作。圖l是本發(fā)明方法制備的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料熱擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系圖，圖中-國(guó)-表示BN-ySi02陶瓷的熱擴(kuò)散系數(shù)與溫度曲線，表示BN-nSi02陶瓷的熱擴(kuò)散系數(shù)與溫度曲線，-▲-表示BN-ySi02-A1N陶的瓷熱擴(kuò)散系數(shù)與溫度曲線，-T-表示BN-nSi02-AlN陶瓷的熱擴(kuò)散系數(shù)與溫度曲線；圖2是本發(fā)明方法制備的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系圖，圖中-國(guó)-表示BN-ySi02陶瓷的熱導(dǎo)率與溫度曲線，-令-表示BN-nSi02陶瓷的熱導(dǎo)率與溫度曲線，-▲-表示BN-ySi02-A1N陶瓷的熱導(dǎo)率與溫度曲線，-^-表示BN-nSi02-AlN陶瓷的熱導(dǎo)率與溫度曲線。具體實(shí)施方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。具體實(shí)施方式一本實(shí)施方式中氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由5%15%非晶態(tài)Si02粉末、010。/。AlN粉末和75。/。95。/。六方氮化硼粉末制成。具體實(shí)施方式二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由10%12%非晶態(tài)3102粉末和88%90%六方氮化硼粉末制成。具體實(shí)施方式三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由8。/。12。/。非晶態(tài)Si02粉末、28。/。AlN粉末和80。/。90。/。六方氮化硼粉末制成。具體實(shí)施方式四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由10。/。非晶態(tài)Si02粉末、5。/。AlN粉末和85。/。六方氮化硼粉末制成。具體實(shí)施方式五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四不同的是非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為810um。其它與具體實(shí)施方式一至四相同。具體實(shí)施方式六本實(shí)施方式與具體方式五不同的是非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為50200nm。其它與具體實(shí)施方式五相同。具體實(shí)施方式七本實(shí)施方式中氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的一、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取5。/。15。/。非晶態(tài)Si02粉末、010。/。AlN粉末和75。/。95。/。六方氮化硼粉末后混勻，然后以乙醇及Zr02陶瓷球作為介質(zhì)球磨24小時(shí)，球料質(zhì)量比為3:1，得到漿料;二、將漿料放入不銹鋼盆中，然后置于電磁爐上進(jìn)行烘干得到粘連成團(tuán)的顆粒，再將粘連成團(tuán)的顆粒研碎后過(guò)140180目的篩，得到混料，其中烘干前期以r2圈/每分鐘速度進(jìn)行攪拌，沸騰后停止攪拌(攪拌作用是為了避免分層造成的均勻性下降)；三、將步驟二制得的混料裝入石墨模具中，在1520MPa的壓力下預(yù)壓，保壓時(shí)間為3060秒；四、將經(jīng)步驟三處理后的石墨模具置于燒結(jié)爐中，在氮?dú)鈿夥铡?700175(TC條件下，施加1520MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)保溫時(shí)間為3040分鐘，然后隨爐冷卻，獲得氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料。具體實(shí)施方式八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七不同的是步驟一中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取10%12%非晶態(tài)3102粉末和88%90%六方氮化硼粉末后混勻。其它步驟及參數(shù)于具體實(shí)施方式七相同。具體實(shí)施方式九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七不同的是步驟一中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取8%12。/。非晶態(tài)Si02粉末、28。/。AlN粉末和80。/。90。/。六方氮化硼粉末后混勻。其它步驟及參數(shù)于具體實(shí)施方式七相同。具體實(shí)施方式十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七不同的是步驟一中氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由10。/。非晶態(tài)Si02粉末、5。/。AlN粉末和85。/。六方氮化硼粉末后混勻。其它步驟及參數(shù)于具體實(shí)施方式七相同。具體實(shí)施方式十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七至十不同的是步驟一中所述的非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為810um。其它步驟及參數(shù)于具體實(shí)施方式七至十相同。具體實(shí)施方式十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式十一不同的是步驟一中所述的非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為50200nm。其它步驟及參數(shù)于具體實(shí)施方式^^一相同。具體實(shí)施方式十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七至十二不同的是步驟三熱壓燒結(jié)溫度為1710174(TC。其它步驟及參數(shù)于具體實(shí)施方式七至十二相同。具體實(shí)施方式十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七至十二不同的是步驟三熱壓燒結(jié)溫度為172(TC。其它步驟及參數(shù)于具體實(shí)施方式七至十二相同。具體實(shí)施方式十五本實(shí)施方式中氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的一、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取10。/。非晶態(tài)Si02粉末和90。/。六方氮化硼粉末后混勻，然后以乙醇及Zr02陶瓷球作為介質(zhì)球磨24小時(shí)，球料質(zhì)量比為3:1，得到漿料，其中所述的非晶態(tài)Si02粉末的平均粒徑為810um;二、將漿料放入不銹鋼盆中，然后置于電磁爐上進(jìn)行烘干得到粘連成團(tuán)的顆粒，再將粘連成團(tuán)的顆粒研碎后過(guò)160目的篩，得到混料，其中烘干前期以12圈/每分鐘速度進(jìn)行攪拌，沸騰后停止攪拌(攪拌作用是為了避免分層造成的均勻性下降);三、將步驟二制得的混料裝入內(nèi)直徑為58mm石墨模具中，在15MPa的壓力下預(yù)壓，保壓時(shí)間為30秒，得到坯體；四、將經(jīng)步驟三處理后的石墨模具置于燒結(jié)爐中，在氮?dú)鈿夥铡?70(TC條件下，施加20MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)保溫時(shí)間為30分鐘，然后隨爐冷卻，獲得氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料。本實(shí)施方式獲得的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料(標(biāo)記為BN-ySi02陶瓷)的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別采用三點(diǎn)彎曲和單邊缺口梁三點(diǎn)彎曲法測(cè)試，介電性能采用18-40GHz掃頻微波電介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試；測(cè)得力學(xué)性能和介電性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表l。表lBN-ySi02陶瓷的力學(xué)性能和介電性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>按熱￡E燒結(jié)的為片狀試樣，切割加工成小12.7mmX3mm的圓片試樣，測(cè)試熱擴(kuò)散系數(shù)，通過(guò)熱導(dǎo)率與熱擴(kuò)散率之間的關(guān)系式計(jì)算熱導(dǎo)率，結(jié)果如圖1和2所示。具體實(shí)施方式十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式方式十五不同的是步驟一所述的非晶態(tài)Si02粉末的平均粒徑為50200nm。其它步驟及參數(shù)于具體實(shí)施方式十五相同。本實(shí)施方式獲得的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料(標(biāo)記為BN-nSi02)的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別采用三點(diǎn)彎曲和單邊缺口梁三點(diǎn)彎曲法測(cè)試，介電性能采用18-40GHz掃頻微波電解質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試；測(cè)得力學(xué)性能和介電性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。表2BN-nSi02陶瓷的力學(xué)性能和介電性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>按熱壓燒結(jié)的為片狀試洋，切割加工成小12.7mmX3mm的圓片試樣，測(cè)試熱擴(kuò)散系數(shù)，通過(guò)熱導(dǎo)率與熱擴(kuò)散率之間的關(guān)系式計(jì)算熱導(dǎo)率，結(jié)果如圖1和2所示。具體實(shí)施方式十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式十五不同的是步驟一中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取10。/。非晶態(tài)Si02粉末、5"/。AlN粉末和85。/。六方氮化硼粉末后混勻，所述的非晶態(tài)Si02粉末的平均粒徑為810ym。本實(shí)施方式獲得的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料(標(biāo)記為BN-ySi02-A1N陶瓷)的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別采用三點(diǎn)彎曲和單邊缺口梁三點(diǎn)彎曲法測(cè)試，介電性能采用18-40GHz掃頻微波電解質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試；測(cè)得力學(xué)性能和介電性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。表3BN-ySi02-A1N陶瓷的力學(xué)性能和介電性瞎<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>按熱壓燒結(jié)的為片狀試樣，切割加工成小12.7mmX3mm的圓片試〗洋，測(cè)試熱擴(kuò)散系數(shù)，通過(guò)熱導(dǎo)率與熱擴(kuò)散率之間的關(guān)系式計(jì)算熱導(dǎo)率，結(jié)果如圖1和2所示。具體實(shí)施方式十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施十七不同的是步驟一所述的非晶態(tài)Si02粉末的平均粒徑為50200nm。本實(shí)施方式獲得的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料(標(biāo)記為BN-nSi02-AlN陶瓷)的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別采用三點(diǎn)彎曲和單邊缺口梁三點(diǎn)彎曲法測(cè)試，介電性能采用18-40GHz掃頻微波電解質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試；測(cè)得力學(xué)性能和介電性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。表4BN-nSi02-AlN陶瓷的力學(xué)性能和介電性瞎材料抗彎強(qiáng)度斷裂韌性1力介電常數(shù)損耗角正切BN-nSi02-A1N128.IMPa1.68MPam"4.134.34X10—0按熱壓燒結(jié)的為片狀試樣，切割加工成小12.7mmX3mm的圓片試樣，測(cè)試熱擴(kuò)散系數(shù)，通過(guò)熱導(dǎo)率與熱擴(kuò)散率之間的關(guān)系式計(jì)算熱導(dǎo)率，結(jié)果如圖1和2所示。權(quán)利要求1.氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料，其特征在于氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由5％～15％非晶態(tài)SiO2粉末、0～10％AlN粉末和75％～95％六方氮化硼粉末制成。2根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料，其特征在于氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由10%12%非晶態(tài)3102粉末和88%90%六方氮化硼粉末制成。3根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料，其特征在于氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由8。/。12。/。非晶態(tài)Si02粉末、28。/。A1N粉末和80呢90%六方氮化硼粉末制成。4根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料，其特征在于氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由10。/。非晶態(tài)Si02粉末、5。/。AlN粉末和85。/。六方氮化硼粉末制成。5根據(jù)權(quán)利要求l-4中任一項(xiàng)所述的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料，其特征在于非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為810ym。6根據(jù)權(quán)利要求l-4中任一項(xiàng)所述的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料，其特征在于非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為50200nm。7如權(quán)利要求l所述氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法，其特征在于氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的一、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取5%15。/。非晶態(tài)Si02粉末、010。/。AlN粉末和75。/。95。/。六方氮化硼粉末后混勻，然后以乙醇及Zr02陶瓷球作為介質(zhì)球磨24小時(shí)，球料質(zhì)量比為3:1，得到漿料；二、將漿料放入不銹鋼盆中，然后置于電磁爐上進(jìn)行烘干得到粘連成團(tuán)的顆粒，再將粘連成團(tuán)的顆粒研碎后過(guò)140180目的篩，得到混料，其中烘干前期以r2圈/每分鐘速度進(jìn)行攪拌，沸騰后停止攪拌；三、將步驟二制得的混料裝入石墨模具中，在1520MPa的壓力下預(yù)壓，保壓時(shí)間為3060秒;四、將經(jīng)步驟三處理的石墨模具置于燒結(jié)爐中，在氮?dú)鈿夥铡?700175(TC條件下，施加1520MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)保溫時(shí)間為3040分鐘，然后隨爐冷卻，獲得氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為810ym。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為50200nm。10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的制備方法，其特征在于步驟三熱壓燒結(jié)溫度為1710174(TC。全文摘要氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料及其制備方法，它涉及一種復(fù)合陶瓷透波材料及其制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有陶瓷透波材料的耐熱性、抗熱沖擊性和介電性能不足的問(wèn)題。氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料按質(zhì)量百分比由5％～15％非晶態(tài)SiO<sub>2</sub>粉末、0～10％AlN粉末和75％～95％六方氮化硼粉末制成。本發(fā)明的方法如下一、用非晶態(tài)SiO<sub>2</sub>粉末、AlN粉末和六方氮化硼粉末制備漿料；二、烘干，研碎后過(guò)篩，得到混料；三、裝入石墨模具中，預(yù)壓；四、熱壓燒結(jié)，然后隨爐冷卻，獲得氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料。本發(fā)明氮化硼基復(fù)合陶瓷透波材料的力學(xué)性能，熱學(xué)性能及介電性能均達(dá)到天線罩材料的要求。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，便于操作。文檔編號(hào)C04B35/5833GK101648809SQ200910307688公開(kāi)日2010年2月17日申請(qǐng)日期2009年9月25日優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日發(fā)明者玉周,薇張,楊治華,段小明,賈德昌申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)