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)動能力的大大提高，對天線罩材料的要求也越來越苛刻，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，無法滿足高馬赫數(shù)飛行器的使用要求的問題；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，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，在氮氣氣氛、1700175(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-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-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。具體實施方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。具體實施方式一本實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。具體實施方式二本實施方式與具體實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。具體實施方式三本實施方式與具體實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。具體實施方式四本實施方式與具體實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。具體實施方式五本實施方式與具體實施方式一至四不同的是非晶態(tài)Si02粉末平均粒徑為810um。其它與具體實施方式一至四相同。具體實施方式六本實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。其它與具體實施方式五相同。具體實施方式七本實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，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，在氮氣氣氛、1700175(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。具體實施方式八本實施方式與具體實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)于具體實施方式七相同。具體實施方式九本實施方式與具體實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)于具體實施方式七相同。具體實施方式十本實施方式與具體實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)于具體實施方式七相同。具體實施方式十一本實施方式與具體實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)于具體實施方式七至十相同。具體實施方式十二本實施方式與具體實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)于具體實施方式^^一相同。具體實施方式十三本實施方式與具體實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)于具體實施方式七至十二相同。具體實施方式十四本實施方式與具體實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)于具體實施方式七至十二相同。具體實施方式十五本實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，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，在氮氣氣氛、170(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彎曲和單邊缺口梁三點彎曲法測試，介電性能采用18-40GHz掃頻微波電介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測試系統(tǒng)測試；測得力學(xué)性能和介電性能數(shù)據(jù)見表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，測試熱擴(kuò)散系數(shù)，通過熱導(dǎo)率與熱擴(kuò)散率之間的關(guān)系式計算熱導(dǎo)率，結(jié)果如圖1和2所示。具體實施方式十六本實施方式與具體實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)于具體實施方式十五相同。本實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彎曲和單邊缺口梁三點彎曲法測試，介電性能采用18-40GHz掃頻微波電解質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測試系統(tǒng)測試；測得力學(xué)性能和介電性能數(shù)據(jù)見表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，測試熱擴(kuò)散系數(shù)，通過熱導(dǎo)率與熱擴(kuò)散率之間的關(guān)系式計算熱導(dǎo)率，結(jié)果如圖1和2所示。具體實施方式十七本實施方式與具體實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彎曲和單邊缺口梁三點彎曲法測試，介電性能采用18-40GHz掃頻微波電解質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測試系統(tǒng)測試；測得力學(xué)性能和介電性能數(shù)據(jù)見表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，測試熱擴(kuò)散系數(shù)，通過熱導(dǎo)率與熱擴(kuò)散率之間的關(guān)系式計算熱導(dǎo)率，結(jié)果如圖1和2所示。具體實施方式十八本實施方式與具體實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彎曲和單邊缺口梁三點彎曲法測試，介電性能采用18-40GHz掃頻微波電解質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測試系統(tǒng)測試；測得力學(xué)性能和介電性能數(shù)據(jù)見表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，測試熱擴(kuò)散系數(shù)，通過熱導(dǎo)率與熱擴(kuò)散率之間的關(guān)系式計算熱導(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，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，在氮氣氣氛、1700175(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)SiO₂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)SiO₂粉末、AlN粉末和六方氮化硼粉末制備漿料；二、烘干，研碎后過篩，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)明工藝簡單，便于操作。文檔編號C04B35/5833GK101648809SQ200910307688公開日2010年2月17日申請日期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,賈德昌申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)