機(jī)械合金化SiBN粉末及陶瓷的組織結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、SiBN陶瓷因其具有低密度、高強(qiáng)度、高彈性模量，可調(diào)控的介電性能，以及優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是迄今為止綜合性能最為優(yōu)異的防熱透波結(jié)構(gòu)功能一體化材料之一，在高超音速飛行器天線罩領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。但目前在制備SiBN致密陶瓷塊體上有機(jī)先驅(qū)體法和化學(xué)氣相沉積法均存在局限，使其應(yīng)用受到一定限制。為此，本文以非晶納米Si3N4粉體和h-BN粉體為原料，采用機(jī)械合金化法制備了非晶SiBN粉末，通過熱壓燒結(jié)制備了力學(xué)、介電、耐燒蝕綜合性

2、能優(yōu)良的非晶/納米晶SiBN致密陶瓷塊體，并研究了材料Si/B原子比和燒結(jié)溫度對物相、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)、介電、耐燒蝕等性能的影響。
　　研究結(jié)果表明：不同Si/B原子比的原始粉體在機(jī)械合金化20h后可制備完全非晶態(tài)SiBN粉體，粉體為由近似球形納米顆粒組成的團(tuán)聚體，其平均粒徑在4~6μm。熱壓燒結(jié)不同Si/B原子比SiBN陶瓷主要包括α-Si3N4、β-Si3N4、Si2N2O和h-BN相，而Si/B原子比較低的組分中還含有SiO2

3、。隨著燒結(jié)溫度升高，SiBN陶瓷體積密度和力學(xué)性能均明顯提高，1900oC燒結(jié)試樣體積密度和綜合機(jī)械性能最高，其體積密度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性和維氏硬度分別達(dá)到2.48g/cm3，273±10MPa，137±1GPa，3.02±0.05MPa·m1/2和6.1±0.2GPa。此外，隨著Si/B原子比減小，SiBN陶瓷體積密度、斷裂韌性、彈性模量和硬度逐漸降低，而抗彎強(qiáng)度呈現(xiàn)波動變化。
　　1600~1900oC下燒結(jié)SiB

4、N陶瓷，隨著燒結(jié)溫度升高，其介電常數(shù)和介電損耗角正切值均提高。1900oC制備試樣在室溫21~40GHz范圍內(nèi)介電常數(shù)平均值和介電損耗角正切值變化范圍分別為5.93和(6.23~7.83)×10-3。在1800oC/40MPa/30min制備不同Si/B原子比SiBN陶瓷試樣中，當(dāng)Si/B原子比為1:3時，該成分SiBN陶瓷在室溫21~40GHz范圍內(nèi)具有優(yōu)良的介電性能，其介電常數(shù)平均值為4.23，介電損耗角正切值變化范圍為(0.44~

5、1.61)×10-3。
　　在氧-乙炔焰燒蝕10s后，不同Si/B原子比SiBN陶瓷均表現(xiàn)出良好的耐燒蝕性能，其中Si/B原子比為2:1的試樣質(zhì)量燒蝕率最低，僅為0.0001g/s（其線燒蝕率為0.0042mm/s）；Si/B原子比為1:1的試樣線燒蝕率最低，僅為0.0031mm/s（其質(zhì)量燒蝕率為0.0003g/s）。燒蝕后試樣表面物相主要包括α-Si3N4、β-Si3N4、Si2N2O、h-BN等基體相和氧化產(chǎn)物α-石英、β-