多孔氮化硅透波材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著航空航天技術的發(fā)展，飛行器的飛行馬赫數不斷提高，對透波材料提出了更高要求。目前，陶瓷及陶瓷基復合材料以其優(yōu)越的性能成為各國研究的重點，氮化硅具有高強度、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)異的介電和機械性能為基礎，采用氣氛壓力燒結工藝(GPS)，以La2O3、Srri2O3為燒結助劑，制備出多孔氮化硅基陶瓷材料。系統(tǒng)分析了燒結助劑的種類、含量及B

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

3、加Sm2O3的材料介電性能更好。借助電子顯微鏡對材料顯微結構進行了觀察，可以發(fā)現(xiàn)：氣孔主要是由長柱狀β-Si3N4晶粒在三維空間交錯搭接構成的，長柱狀晶強度高、缺陷少以及柱狀晶的橋接結構對裂紋的抵抗是獲得高力學性能的主要原因。介電常數與介電損耗均與氣孔率密切相關，隨著氣孔率增加，介電常數和介電損耗均成降低趨勢。 為了改善Si3N4作為透波材料時的介電和熱學性能，在前面進行試驗的基礎上，在配方中加入氮化硼，制備了Si3N4/BN陶

4、瓷復合材料。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、介電損耗，其分解溫度高達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基陶瓷復合材料的介電常數，提高材料的抗熱震性能；但由于具有層片狀結構，對氣氛壓力燒結Si3N4有明顯的阻滯作用，會降低材料的機械性能。當BN加入量為25％時(5％La2O3為助劑)，陶瓷復合材料的抗彎強度為101.83Mpa，斷裂韌性為1.84M