氮化物基陶瓷高温透波材料的研究进展

氮化物基陶瓷材料具有高强度、高模量、耐高温、抗热震和透波等优异的综合性能,是高温透波构件的主要候选材料,目前应用报道较少,制备工艺和性能有待进一步完善和提高。本文综述了氮化物陶瓷、氮化物复相陶瓷及氮化物陶瓷基复合材料的研究现状,发现多孔氮化硅陶瓷、BN-Si3N4复相陶瓷和BNw/Si3N4复合材料的综合性能较为优异,可达到介电常数低于5,介电损耗低于0.01,室温弯曲强度高于200 MPa的水平。本文分析了氮化物基陶瓷高温透波材料研究的现存问题,主要是力学性能与介电性能难以协同提高;最后对高温透波材料体系的选择及其制备工艺的未来发展方向进行了展望。     

Si粉特性对反应烧结Si3N4多孔陶瓷的强韧性及介电性能的调控作用

Si₃N₄多孔陶瓷具有优异的力学性能、介电性能、热学性能和化学稳定性等，特别适用于高温、大载荷、强侵蚀环境下的宽频透波材料。反应烧结Si₃N₄多孔陶瓷在性能、工艺和成本方面优势显著，原料Si粉特性显著控制着其物相、显微结构、力学和介电性能。本文以不同粒径和纯度的Si粉为原料制备注凝成形、反应烧结Si₃N₄多孔陶瓷。结果表明，双粒径配料使素坯产生紧密堆积效应，其遗传并进一步演化出两级显微组织强韧化机制，双粒径配料5 & 45 μm时的弯曲强度和断裂功获得最大值109.94 MPa和990.74 J/m²。该值分别比单粒径配料5和45 μm时的值提高了111.42%、25.97%和46.55%、20.46%；介电常数和介电损耗分别约为4.20和0.007。注凝成形、反应烧结Si₃N₄多孔陶瓷可以兼顾力学性能和介电性能，适用于透波罩等异形、大尺寸构件。     

高温陶瓷透波材料研究进展

简要介绍了高温陶瓷透波材料的研究进展，对比了陶瓷透波材料和高分子有机透波材料的力学性能和介电性能，提出了高温透波材料的研究重点和方向。     

真空中多孔氮化硅的高温弯曲强度

研究了高温真空环境下多孔(气孔率>50%)氯化硅陶瓷的弯曲强度,并进行了初步分析.结果表明,多孔氮化硅陶瓷在真空中的高温强度随温度上升而降低,由于没有氧化作用,晶界玻璃相在高温下的软化成为影响其强度的主要因素.     

透波氮化硅纤维的综合性能评价表征研究

系统研究了氮化硅纤维的基本物理性能、力学性能和介电性能,并且探究了各性能的测试方法。结果表明,氮化硅纤维在1 500℃的高温强度保留率达到50%以上,介电常数为6.0左右,说明氮化硅纤维可以作为透波材料在苛刻的高温环境下长时使用。     

填料法制备SiC_f/SiC复合材料的力学性能和高温介电性能

为获得性能优异的耐高温结构吸波材料,以纳米SiO_2颗粒为填料,采用有机先驱体浸渍裂解法(precursor infiltration and pyrolysis,PIP)制备SiC_f/SiC复合材料,研究填料对复合材料力学性能和高温介电性能的影响。结果表明:随着SiO_2含量从3%(质量分数,下同)增加至15%,SiC_f/SiC复合材料的弯曲强度先增加后减小,最高可达275 MPa;低介电常数SiO_2填料的引入使得复合材料的复介电常数逐渐减小,室温吸波性能得到有效改善,15%SiO_2含量的复合材料厚度为3.2~4.0 mm时,室温反射率在整个X波段均达到–8 d B以下;复合材料的复介电常数随着温度的升高逐渐增大,而SiO_2能显著降低高温复介电常数及其增幅,700℃时15%SiO_2含量复合材料在2.7~3.0 mm厚度范围具有优异的吸波性能。     

透波材料高温介电性能评价表征

概述了透波材料高温介电性能评价表征的研究意义及相关的基本概念、测试方法;介绍了国内外发展现状,以高Q腔法为例阐述了高温测试中关键共性技术,并对典型测试结果进行了分析;展望了透波材料高温介电性能评价表征的发展及应用前景.     

磷酸铝系透波复合材料的力学性能与介电性能研究

研究了高硅氧增强磷酸铝系复合材料的力学性能及P／Al摩尔比、成型压力和测试频率对其介电性能的影响。结果表明：当P／Al摩尔比等于1时，材料的力学性能最佳，其弯曲强度达到107MPa；当P／Al摩尔比小于1．1，使用频率在3MHz以上时，材料体系具有良好的介电性能，介电常数小于4．1，介电损耗小于0．03；提高成型压力将使介电常数略微上升；介电性能的频率特性表明极化弛豫普适关系适用于这一材料体系。     

航天透波多功能复合材料的介电性能分析

对航天透波多功能复合材料的介电性能、使用环境和相关的材料研究领域进行分析综述，对防热、耐热透波复合材料在研究过程中面临的材料体系、材料组分对介电性能的影响和高温电性能变化等技术问题进行了分析，讨论了在不同使用温度、频率、飞行马赫数、高温使用时间等特殊环境条件下材料的介电性能。     

空心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基透波复合材料的制备及其性能

以空心石英纤维(HSF)和聚芳基乙炔(PAA)树脂为原料采用RTM工艺制备了空心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基复合材料(HSF/PAA),比较了HSF/PAA与实心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基复合材料(SF/PAA)的力学性能、介电性能及不同纤维增强体形式对材料力学性能的影响。结果表明,HSF/PAA具有较好的高温力学性能和优异的介电性能,使用温度可达450℃,而且通过对纤维增强体形式的优化有望进一步提高该类材料的综合性能。尽管HSF/PAA的高温力学性能仅有同结构SF/PAA的55%~75%,但其在较宽的温度和频率范围内均具有更低的介电常数(3.1)和介质损耗角正切值(0.004),在实际应用中可以获得更高的传输系数和更宽的壁厚容差,有望在耐高温透波材料在航空航天等诸多领域获得应用。     

多孔Si3 N4 表面Al-Y-Si-O-N 陶瓷涂层的制备和表征

采用溶胶-凝胶法,利用Al2O3-Y2O3-SiO2溶胶中氧化物与基体中的Si3N4颗粒反应制备一层致密A1-Y-Si-O-N陶瓷涂层.主要研究了烧结温度对陶瓷涂层的组织和性能的影响,利用XRD和EDS分析涂层的相组成和微区元素组成,通过SEM观察涂层的微观形貌.结果显示:在1 400℃烧结时,能够制备出较为致密的陶瓷涂层,涂层由β -siMon,Si2ON,SiO2和非晶相组成;与基体相比,试样的吸水率下降了32.8％～90％,强度提高了2.1％～25.9％.     

Si3N4-SiC复相陶瓷及其碳纤维复合材料研究进展

介绍了不同工艺制备的Si3N4,SiC的性能,研究了Si3N4-SiC复相陶瓷及其碳纤维复合材料研究发展现状,认为Si3N4-SiC复相陶瓷能够克服单一－Si3N4,SiC陶瓷断裂韧性低,烧结过程中晶粒长大造成强度下降等缺点,同时也弥补了SiC陶瓷强度较低的遗憾;而碳纤维的加入可以大大改善材料的韧性,认为结合Si3N4-SiC复相陶瓷的高强度和碳纤维复合材料的高韧性,可以制备出性能优良的Cf/SiC-Si3N4陶瓷基复合材料,并就此方面的;研究进展进行了综述。     

浆料固相含量对多孔氮化硅陶瓷结构和性能的影响

以琼脂糖作为凝胶物质,采用凝胶注模工艺制备了多孔氮化硅陶瓷,通过改变浆料的固相含量,制备了不同性能的多孔氮化硅陶瓷.结果表明,随着浆料的固相含量从35vol％增加到45vol％,材料的气孔率从57.6％减小至40.8％,弯曲强度从96 MPa增加到178 MPa;大量的长棒状β-Si3N4晶粒从孔壁上生长出来,将气孔填充,其生长方式为溶解-沉淀-析出与气-液-固两种生长机制协同作用的结果.长棒状的氮化硅晶须和恰当的界面结合强度是多孔氮化硅陶瓷具有较高强度的主要原因.     

氮化硅高温透波材料的研究现状和展望

从氮化硅的晶体结构出发,介绍了氮化硅陶瓷优良的性能,综述了近年来氮化硅透波纤维和氮化硅基透波复合材料的研究进展,并对现有氮化硅高温透波材料体系存在的问题及其未来的发展趋势作了展望.     

PIP 法制备SiBN 纤维增强氮化物陶瓷基复合材料Ⅰ———纤维和先驱体性能分析

利用先驱体聚合物浸渍-裂解(PIP)技术制备SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料,对SiBN纤维、聚硅硼氮烷有机先驱体裂解以及SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料性能进行了分析。研究表明:聚硅硼氮烷先驱体在氨气气氛下裂解得到的陶瓷产物碳含量较低,其裂解产物介电常数在3.0左右,介电损耗小于0.01;SiBN纤维中C和O元素含量均较高,碳的存在对材料介电性能影响明显;制备的氮化物陶瓷基复合材料弯曲强度为88.52 MPa,弹性模量为20.03 GPa。     

三维打印结合化学气相渗透制备Si3N4-SiC复相陶瓷

采用三维打印(3DP)技术成型Si3N4多孔陶瓷并结合化学气相渗透(CVI)SiC制备了Si3N4-SiC复相陶瓷。研究了烧结工艺对3DPSi3N4陶瓷线收缩率和孔隙率的影响。结果表明,3DPSi3N4坯体经热解除碳后再烧结,可以获得较小的线收缩率(<6%)及较大的气孔率(77.5%)。对其进行CVISiC近尺寸强化,研究了Si3N4-SiC复相陶瓷的抗弯强度随SiC体积分数的变化规律。     

多孔Sialon 陶瓷的冷冻凝胶法制备与表征

采用冷冻凝胶成型和无压烧结工艺制备了多孔Sialon陶瓷材料,通过X射线衍射分析了材料的晶相组成,观察了材料的显微结构形貌,测试了材料的弯曲强度和介电常数。结果表明:z值影响材料的晶相组成,浆料的固相体积分数影响材料的性能,当z=2.5,固相体积分数为60%时,材料的弯曲强度达到116MPa,介电常数为4.79。