抗激光損傷復(fù)合陶瓷的研制.pdf

1、隨著大功率激光器的研制成功，激光武器發(fā)展迅速，很快將會應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)，將對導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛行器等高價(jià)值裝備造成嚴(yán)重威脅。如何對這些裝備進(jìn)行抗激光防護(hù)就顯得尤為重要，使用抗激光材料則能有效降低來自激光武器的威脅。這就要求一些材料不僅具有較好的抗激光損傷性能，還要求這些材料有足夠高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并具有能在高溫下使用的性能。莫來石陶瓷因具有良好的高溫力學(xué)性能、熱膨脹系數(shù)低、較低的熱導(dǎo)率、優(yōu)秀的高溫抗蠕變特性及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性能部分，符合抗激光

2、材料對性能的部分要求。但由于莫來石本身的結(jié)構(gòu)原因，強(qiáng)度較低，需要對其增韌，采用硬質(zhì)相增韌的方法則能有效提高莫來石陶瓷的強(qiáng)度。
　　本課題以氧化鋁、二氧化硅、碳化硅和氮化硅為原料，制備力學(xué)性能優(yōu)良，同時(shí)又具有較高抗激光損傷閾值的陶瓷基復(fù)合材料。通過加入碳化硅和氮化硅硬質(zhì)相，使用硬質(zhì)相增韌的方法，采用箱式電阻爐在氮?dú)鈿夥罩谐晒Y(jié)出具有較好力學(xué)性能的陶瓷基復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)研究了氧化鋁與二氧化硅摩爾比，以及氮化硅、碳化硅含量，燒結(jié)溫度和保

3、溫時(shí)間對復(fù)合陶瓷的制備工藝、結(jié)構(gòu)及性能的影響及陶瓷組成與其激光損傷性能之間的關(guān)系。使用飛秒激光器對樣品進(jìn)行了抗激光損傷閾值測試。利用環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察了樣品的脈沖激光損傷形貌，以及抗彎斷面的氣孔的孔徑大小、形狀及分布情況。利用X射線衍射分析儀對樣品的晶相進(jìn)行了分析。同時(shí)對樣品的體積密度、氣孔率、吸水率、及力學(xué)性能進(jìn)行了測試分析。
　　研究表明，對于組成中氮化硅摩爾含量為2.44％的陶瓷，采用1600℃的燒結(jié)溫度、燒結(jié)保溫時(shí)間為

4、3h，氧化鋁與二氧化硅摩爾比為3∶2時(shí)，可以制得到抗激光性能優(yōu)異的陶瓷，其激光損傷閾值為5.8J/cm2，體積密度為2.65 g/cm3，抗彎強(qiáng)度為110MPa，抗壓強(qiáng)度為193MPa。當(dāng)提高氮化硅摩爾含量時(shí)，Si3N4含量提高到15％，SiC含量為34％，復(fù)合陶瓷的綜合性能最佳，其體積密度為2.50g/cm3，抗彎強(qiáng)度為157MPa，抗壓強(qiáng)度為290MPa，激光損傷閾值為1.99J/cm2。研究發(fā)現(xiàn)，飛秒脈沖激光對材料的主要損傷方式為