Si3N4-BN復(fù)合陶瓷制備及其介電性能研究.pdf

1、高溫透波材料是一種多功能介電材料，專門用來保護(hù)飛行器在惡劣的外部環(huán)境中，其通訊、遙控、導(dǎo)航等系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。在航空飛船、運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈以及衛(wèi)星等無線電系統(tǒng)擁有廣泛運(yùn)用。該類材料可分為兩大種類:天線窗和天線罩。其中天線窗一般位于飛行器的一側(cè)，多呈現(xiàn)為帶弧線的板狀或者平板狀;而天線罩則是位于飛行器的頂部，多呈現(xiàn)圓錐狀，有時(shí)也為半球狀。集傳熱隔熱、透波、承載、耐沖擊等多種功能為一身的功能/結(jié)構(gòu)部件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，對該

2、類透波材料的要求也越來越高。充分考慮到上述條件，陶瓷材料在眾多材料中脫穎而出，尤其是復(fù)合陶瓷材料，具有高強(qiáng)度，高熔點(diǎn)，抗腐蝕、高透波等諸多特點(diǎn)。本文選用了BN為基體的復(fù)合陶瓷材料，摻雜少量Si3N4以其改善復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能，同時(shí)又保留了BN陶瓷材料所特有的低介電性能。
　　 該論文利用現(xiàn)代化測試手段對Si3N4/BN復(fù)合陶瓷進(jìn)行了研究，并測試表征了其介電性能和力學(xué)性能。分析了BN前驅(qū)體粉末制備以及摻雜不同量的Si3N4對BN復(fù)

3、合陶瓷的介電性能、力學(xué)性能的影響。
　　 本文采用了反應(yīng)燒結(jié)法制備BN前驅(qū)體粉末，利用硼酸H3BO3和尿素(NH2)2CO的反應(yīng)合成BN，在合成中提前加入了燒結(jié)助劑Al2O3/Y2O3，以及添加劑Si3N4，并在不用溫度下進(jìn)行熱壓燒結(jié)。分析Si3N4的添加量與溫度對BN復(fù)合陶瓷力學(xué)性能和介電性能的影響。
　　 實(shí)驗(yàn)證明:制備前驅(qū)體粉末時(shí)加入Al2O3/Y2O3/Si3N4，形成低共融系統(tǒng)，生成Sialon相陶瓷;這不僅能

4、有效的降低了燒結(jié)溫度，還能使得BN復(fù)合陶瓷在介電性能損失較小的情況下，提升其力學(xué)性能。
　　 介電性能的測試結(jié)果可以說明:復(fù)合陶瓷的介電性能不隨燒結(jié)溫度的變化而增減，但與Si3N4的添加量有直接關(guān)系。Si3N4添加量為10％(wt％)時(shí)，介電常數(shù)達(dá)到了5.84，相對于純BN的2.31增加了1.5倍。
　　 力學(xué)性能的測試結(jié)果可以說明:燒結(jié)溫度為1750℃時(shí)，復(fù)合陶瓷的彎曲強(qiáng)度最高能達(dá)到139.9MPa，比同組分1550℃

5、時(shí)提高了25％;斷裂韌性最高達(dá)到了1.75MPa·m1/2，比1550℃提高了16％;相同溫度下，彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性隨Si3N4量的增加呈現(xiàn)正相關(guān)，當(dāng)Si3N4添加量為10％時(shí)，其彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大，比純BN增加了62％;斷裂韌性相比純BN增加了58％;但相比較添加量為10％和8％時(shí)的力學(xué)性能，數(shù)值變化不大，彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性的提高分別為2.1％和1.7％。
　　 本論文受到國家自然基金項(xiàng)目(50872072、51042005)、