專利名稱：一種透波材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于特種、功能陶瓷材料技術領域，特別涉及到一種透波材料，還涉及所述透波材料的制備方法。
背景技術：
透波材料是研制天線罩的基礎，材料的介電性能是選擇材料的主要依據，要求材料具有低介電常數(ε < 10)和介電損耗。飛行器高速飛行時的氣動加熱，會在天線罩內部產生很大的熱應力，因此，天線罩材料必須具有很低的線膨脹系數和優(yōu)良的抗熱沖擊的能力。 同時，為了承受飛行器高速飛行時由過載產生的各種應力，所選用的天線罩材料強度要高， 要具有一定的剛性；而且，材料必須有足夠的強度、表面硬度和斷裂韌性，使其具有抗雨蝕和抗沙蝕能力。一般材料在高溫工作條件下，其介電特性和強度可能會發(fā)生明顯的變化，希望高溫天線罩材料的各項性能隨溫度變化的影響越小越好。國外發(fā)達國家對天線罩材料及其制備工藝進行了大量的研究，取得了顯著進展， 一些新材料及制備工藝已達到了實用化水平。用于制造天線罩的透波材料主要有有機材料和無機非金屬材料兩大類。有機類透波材料的強度高、材料可設計性強，但其應用受到基體樹脂的耐熱性能的限制，只能應用于低馬赫數飛行器上。于是各國逐漸把研究的注意力集中于無機非金屬材料方面，包括玻璃陶瓷、石英陶瓷及氮化硅陶瓷等，但這類材料明顯存在著脆性大、力學強度低及介電性能穩(wěn)定差等缺點，其應用受到很大的限制。磷酸鹽體系透波材料具有介電性能優(yōu)良、生產成本低、成型工藝簡單、生產周期短的特點，是新一代天線罩材料的理想基礎材料。目前，磷酸鹽復合材料能夠獲得實際應用的主要是硅質纖維增強磷酸鋁、磷酸鉻及磷酸鉻鋁復合材料。生產時，首先將纖維織物預處理，然后用磷酸鹽真空浸漬，最后在一定溫度和壓力下固化成型。在制備過程中需要控制合成磷酸鹽合適的摩爾比，并且選擇合適的PH值對纖維進行保護處理，這對實際生產造成了不小的困難。專利號為200710016223. 7的中國發(fā)明專利公開了一種硼酸鋁晶須增強的磷酸鋁基透波材料，該材料具有良好的介電性能、良好的力學性能，以滿足材料制件在不同工況條件的使用要求。但此專利中只考慮了介電性能和力學性能，未考慮到所得材料的耐高溫性能、臨界抗熱震溫度等參數，這些性能也是決定透波材料整體性能的關鍵因素。

發(fā)明內容
為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種具有良好的介電性能、良好的力學性能、耐高溫、耐燒蝕性好、具有優(yōu)良的熱導率、耐高溫性能和較高臨界抗熱震溫度的透波材料?？篃嵴饻囟葹椴牧显嚇蛹訜岬揭欢ǖ臏囟?、保溫IOmin后空冷，反復進行若干次， 若熱震后的抗彎強度與原強度的比值在60%以上、且隨熱震次數增大該比值趨于平緩時， 那么此溫度即定為材料的臨界熱抗震溫度。材料的內部組織結構對抗熱震溫度有較大的影響。本發(fā)明還提供了所述透波材料的制備方法。一種透波材料，所用各原料的重量百分比如下
3硼酸鋁晶須20% 32%，磷酸鋁60% 77%，氮化硅1%_10%，
所述硼酸鋁晶須純度為99%;磷酸鋁純度大于93%;氮化硅粒徑為100-200目，其中α 相氮化硅含量在90%以上。所述的透波材料，所用各原料的重量百分比為
硼酸鋁晶須2 30%，磷酸鋁65% 72%，氮化硅3%-7%。所述的透波材料，所用各原料的重量百分比為硼酸鋁晶須25%，磷酸鋁70%，氮化硅5%。所述的透波材料的制備方法，包括以下步驟
(1)按比例稱量氮化硅、硼酸鋁晶須、磷酸鋁混合成原料；
(2)將干燥后的混合好的原料搗碎，并滴入聚乙烯醇溶液，同時不斷研磨，至成20-40 目的顆粒，放入密封袋中陳腐；
(3)將陳腐后的原料冷壓成型，壓強為180-350MPa，保壓時間為1_3分鐘；
(4)將干燥后的試樣在常壓下燒結，采用高溫電阻爐進行燒結，燒結溫度為1050°C 1400°C，保溫時間為50-90分鐘，然后在爐內自然冷卻降至室溫?；炝喜捎们蚰シɑ旆酃に嚕瑢⒒旌铣傻脑吓c蒸餾水和料球混合，三者重量比為比例為7 1 3，進行球磨混料，球磨時間為30分鐘，球磨機轉速為300-400轉/分鐘，濾出料球。步驟(2)中聚乙烯醇溶液濃度為5wt%，加入量為原料重量的4 8%。步驟(2)原料的干燥溫度為70°C。所用料球為剛玉球或者氧化鋯球。步驟(4 )試樣干燥M小時，干燥溫度60 V -70 V。步驟(2 )中陳腐M小時。本發(fā)明選用氮化硅作為添加物，氮化硅化學性質穩(wěn)定，不溶于水。氮化硅就有相對適中的介電常數，且硬度高，高的彈性模量，本身具有潤滑效果，耐磨損，高溫抗氧化性能。 符合作為本發(fā)明材料增韌和增強的要求，而且其價格相對較低，有利于降低生產成本。經試驗檢測，本發(fā)明的透波材料的性能指標為密度P 1. 70 2. 90g/cm3，室溫抗彎強度σ :90 250MPa，維氏硬度Hv :250 360MPa，介電常數ε :2. 6 4. 5，介電損耗角正切值tg θ :0. 007 0. 01，耐高溫達到1500°C，臨界抗熱震溫度可達到900°C。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明氮化硅-硼酸鋁晶須-磷酸鋁陶瓷透波材料具有良好的力學性能、介電性能、耐高溫和較高的臨界熱抗震溫度，能夠滿足應用要求；制備方法科學合理，簡單易行，便于實施。
具體實施例方式以下具體實施例中使用的硼酸鋁晶須純度為99% ；磷酸鋁純度大于93% ；氮化硅粒徑為100-200目，其中α相氮化硅含量在90%以上。實施例1
本實施例透波材料的組成配比為 氮化硅、27%硼酸鋁晶須，其余為磷酸鋁，總質量為100克。
4
(1)按比例稱量氮化硅、硼酸鋁晶須、磷酸鋁混合成原料，采用球磨法混粉工藝，將混合成的原料與蒸餾水和料球混合，三者重量比為比例為7:1:3，進行球磨混料，球磨時間為30分鐘，球磨機轉速為300轉/分鐘，濾出料球，所用料球為剛玉球；
(2)將磨好的原料在70°C干燥后搗碎，并滴入占原料重量6%的5wt%的聚乙烯醇溶液， 同時不斷研磨，放入20目標準篩中過篩，放入密封袋中陳腐M小時；
(3)將陳腐后的原料冷壓成型，壓強為200MPa，保壓時間為2分鐘；
(4)將壓制好的試樣放入干燥箱中干燥M小時，干燥溫度70°C，干燥后的試樣在常壓下燒結，采用高溫電阻爐進行燒結，燒結溫度為1200°C，保溫時間為60分鐘，然后在爐內自然冷卻降至室溫。制得的透波材料經測試，技術指標如下密度2. 45g/cm3，維氏硬度觀010^，抗彎強度210MPa，介電常數2. 97，介電損耗角正切值0. 0081,臨界熱抗震溫度為750°C。實施例2
本實施例透波材料的組成配比為5%氮化硅、25%硼酸鋁晶須，其余為磷酸鋁，總質量為100克。(1)按比例稱量氮化硅、硼酸鋁晶須、磷酸鋁混合成原料，采用球磨法混粉工藝，將混合成的原料與蒸餾水和料球混合，三者重量比為比例為7:1:3，進行球磨混料，球磨時間為30分鐘，球磨機轉速為400轉/分鐘，濾出料球，所用料球為氧化鋯球；
(2)將磨好的原料在70°C干燥后搗碎，并滴入占原料重量4%的5wt%的聚乙烯醇溶液， 同時不斷研磨，至成20目的顆粒，放入密封袋中陳腐M小時；
(3)將陳腐后的原料冷壓成型，壓強為180MPa，保壓時間為3分鐘；
(4)將壓制好的試樣放入干燥箱中干燥M小時，干燥溫度60°C，干燥后的試樣在常壓下燒結，采用高溫電阻爐進行燒結，燒結溫度為1350°C，保溫時間為90分鐘，然后在爐內自然冷卻降至室溫。制得的透波材料經測試，技術指標如下密度2. 56g/cm3，維氏硬度355MPa，抗彎強度M5MPa，介電常數2. 99，介電損耗角正切值0. 0089，臨界熱抗震溫度為900°C。對比實施例1
實施例透波材料的組成配比為26%硼酸鋁晶須，其余為磷酸鋁，總質量為100克。按照實施例2的制備步驟操作，制得的透波材料經測試，技術指標如下密度 2. 27g/cm3，維氏硬度205MPa，抗彎強度160MPa，介電常數2. 92，介電損耗角正切值0. 0078， 臨界熱抗震溫度為700°C。實施例3
本實施例透波材料的組成配比為5%氮化硅、2 硼酸鋁晶須，其余為磷酸鋁，總質量為100克。(1)按比例稱量氮化硅、硼酸鋁晶須、磷酸鋁混合成原料，采用球磨法混粉工藝，將混合成的原料與蒸餾水和料球混合，三者重量比為比例為7:1:3，進行球磨混料，球磨時間為30分鐘，球磨機轉速為350轉/分鐘，濾出料球，所用料球為剛玉球；
(2)將磨好的原料在70°C干燥后搗碎，并滴入占原料重量8%的5wt%的聚乙烯醇溶液， 同時不斷研磨，放入40目標準篩中過篩，放入密封袋中陳腐M小時；
(3)將陳腐后的原料冷壓成型，壓強為350MPa，保壓時間為1分鐘；(4)將壓制好的試樣放入干燥箱中干燥M小時，干燥溫度70°C，干燥后的試樣在常壓下燒結，采用高溫電阻爐進行燒結，燒結溫度為1400°C，保溫時間為50分鐘，然后在爐內自然冷卻降至室溫。制得的透波材料經測試，技術指標如下密度2. 50g/cm3，維氏硬度335MPa，抗彎強度220MPa，介電常數2. 96，介電損耗角正切值0. 0091，臨界熱抗震溫度為850°C。實施例4
實施例透波材料的組成配比為10%氮化硅，28%硼酸鋁晶須，其余為磷酸鋁，總質量為 100 克。按照實施例1的制備步驟操作，制得的透波材料經測試，技術指標如下密度 2. 47g/cm3，，維氏硬度350MPa，抗彎強度142MPa，介電常數4. 2，介電損耗角正切值0. 0099， 臨界熱抗震溫度為800°C。實施例5
實施例透波材料的組成配比為10%氮化硅，32%硼酸鋁晶須，其余為磷酸鋁，總質量為 100 克。按照實施例2的制備步驟操作，制得的透波材料經測試，技術指標如下密度 2. 27g/cm3，維氏硬度345MPa，抗彎強度140MPa，介電常數3. 95，介電損耗角正切值0. 0095， 臨界熱抗震溫度為810°C。
權利要求
1.一種透波材料，其特征是所用各原料的重量百分比如下硼酸鋁晶須20% 32%，磷酸鋁60% 77%，氮化硅1%_10%，所述硼酸鋁晶須純度為99%;磷酸鋁純度大于93%;氮化硅粒徑為100-200目，其中α 相氮化硅含量在90%以上。
2.根據權利要求1所述的透波材料，其特征是所用各原料的重量百分比為硼酸鋁晶須2 30%，磷酸鋁65% 72%，氮化硅3%-7%。
3.根據權利要求1所述的透波材料，其特征是所用各原料的重量百分比為 硼酸鋁晶須25%，磷酸鋁70%，氮化硅5%。
4.一種權利要求1-3中任一項所述的透波材料的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)按比例稱量氮化硅、硼酸鋁晶須、磷酸鋁混合成原料；(2)將干燥后的混合好的原料搗碎，并滴入聚乙烯醇溶液，同時不斷研磨，至成20-40 目的顆粒，放入密封袋中陳腐；(3)將陳腐后的原料冷壓成型，壓強為180-350MPa，保壓時間為1_3分鐘；(4)將干燥后的試樣在常壓下燒結，采用高溫電阻爐進行燒結，燒結溫度為1050°C 1400°C，保溫時間為50-90分鐘，然后在爐內自然冷卻降至室溫。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于混料采用球磨法混粉工藝，將混合成的原料與蒸餾水和料球混合，三者重量比為比例為7 1 3，進行球磨混料，球磨時間為30分鐘，球磨機轉速為300-400轉/分鐘，濾出料球。
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中聚乙烯醇溶液濃度為5wt%， 加入量為原料重量的4 8%。
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟(2)原料的干燥溫度為70°C。
8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于所用料球為剛玉球或者氧化鋯球。
9.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟(4)試樣干燥M小時，干燥溫度 600C -70"C。
10.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中陳腐M小時。
全文摘要
本發(fā)明屬于特種、功能陶瓷材料技術領域一種透波材料，所用各原料的重量百分比如下硼酸鋁晶須20%～32%，磷酸鋁60%～77%，氮化硅1%-10%，所述硼酸鋁晶須純度為99%；磷酸鋁純度大于93%；氮化硅粒徑為100-200目，其中α相氮化硅含量在90%以上。制備方法，包括以下步驟混料；搗碎，研磨，至成20-40目的顆粒陳腐；冷壓成型；燒結。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明透波材料具有良好的力學性能、介電性能、導熱性能、耐高溫和較高的臨界熱抗震溫度，能夠滿足應用要求，制備方法科學合理，簡單易行，便于實施。
文檔編號C04B35/81GK102432323SQ20111027243
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2011年9月15日
發(fā)明者侯憲欽, 楊忠喜, 王河, 王艷, 耿浩然 申請人:濟南大學