多孔氮化硅透波材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，飛行器的飛行馬赫數(shù)不斷提高，對(duì)透波材料提出了更高要求。目前，陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料以其優(yōu)越的性能成為各國(guó)研究的重點(diǎn)，氮化硅具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕、抗熱震、電絕緣等一系列優(yōu)良性能，被公認(rèn)為最有希望的新一代透波材料。 本文以Si3N4、BN優(yōu)異的介電和機(jī)械性能為基礎(chǔ)，采用氣氛壓力燒結(jié)工藝(GPS)，以La2O3、Srri2O3為燒結(jié)助劑，制備出多孔氮化硅基陶瓷材料。系統(tǒng)分析了燒結(jié)助劑的種類、含量及B

2、N的加入等因素對(duì)材料力學(xué)性能、熱學(xué)性能、介電性能的影響。 本研究采用添加單一稀土氧化物L(fēng)a2O3或Sm2O3成功制備出了多孔氮化硅陶瓷。結(jié)果表明：以La2O3為助劑時(shí)(加入量為5％)，陶瓷復(fù)合材料的密度為2.43g/cm3、抗彎強(qiáng)度為386.61Mpa，斷裂韌性為5.33MPa.m1/2；以Sm2O3為助劑時(shí)(加入量為5％)，陶瓷復(fù)合材料的氣孔率為29.86％，介電常數(shù)為3.97。比較得知，添加La2O3的材料力學(xué)性能更好，而添

3、加Sm2O3的材料介電性能更好。借助電子顯微鏡對(duì)材料顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，可以發(fā)現(xiàn)：氣孔主要是由長(zhǎng)柱狀β-Si3N4晶粒在三維空間交錯(cuò)搭接構(gòu)成的，長(zhǎng)柱狀晶強(qiáng)度高、缺陷少以及柱狀晶的橋接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋的抵抗是獲得高力學(xué)性能的主要原因。介電常數(shù)與介電損耗均與氣孔率密切相關(guān)，隨著氣孔率增加，介電常數(shù)和介電損耗均成降低趨勢(shì)。 為了改善Si3N4作為透波材料時(shí)的介電和熱學(xué)性能，在前面進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在配方中加入氮化硼，制備了Si3N4/BN陶

4、瓷復(fù)合材料。氮化硼陶瓷具有比氮化硅陶瓷更好的熱穩(wěn)定性和更低的介電常數(shù)、介電損耗，其分解溫度高達(dá)2640℃。氮化硼的加入有望使材料的綜合性能得以提高，研究表明：BN粉料的加入可以有效降低Si3N4基陶瓷復(fù)合材料的介電常數(shù)，提高材料的抗熱震性能；但由于具有層片狀結(jié)構(gòu)，對(duì)氣氛壓力燒結(jié)Si3N4有明顯的阻滯作用，會(huì)降低材料的機(jī)械性能。當(dāng)BN加入量為25％時(shí)(5％La2O3為助劑)，陶瓷復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度為101.83Mpa，斷裂韌性為1.84M