[发明专利]凝胶注模制备O-Sialon多孔材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属多孔陶瓷材料技术领域，具体涉及的是一种凝胶注模制备O‐Sialon多孔材料及制备方法，该材料具有较低的高频介电常数和介电损耗，具有较低的体积密度，具有相对较高的抗弯强度，可作为天线罩透波材料使用。 

背景技术

天线罩是用于保护天线系统的部件，天线罩必须具备以下性能：较低的重量，足够高的强度，良好的抗热震性，良好的抗雨蚀性，良好的耐热性；特别是，要求天线罩材料必须具有良好的透波性能，因此要求天线罩材料还应具有低的介电常数和低的介电损耗。U.S.Pat.No.4358772（Leggett H.Ceramic broadband radome:U.S.Patent4,358,772[P].1982‐11‐9.）指出，对于天线罩材料来说，介电常数小于10，损耗角正切值小于0.01是保证天线罩透波性设计的起码要求；U.S.Pat.No.4358772指出：氮化硅，氧化铝，二氧化硅，堇青石，莫来石，氧化铍陶瓷等都可以作为天线罩的候选材料，但是它们中的哪一种材料的单独使用都很难令人满意地满足天线罩的上述综合性能的要求。例如，堇青石高温陶瓷或玻璃陶瓷抗雨蚀的性能较好，但是介电性能温度稳定性较差；氮化硅陶瓷被认为是最有前途的宽频带天线罩材料，它的强度较高，介电性能及其温度稳定性较好，抗雨蚀的性能也比较好，但是它的制备工艺复杂，另外致密的氮化硅陶瓷的介电常数比较高（ε>6），体积密度达到3.2g/cm^‐3，因此使得其在宽频带条件下的应用受到了一定的限制。为了获得高透波性和宽频使用性能，通常需要降低材料体系介电常数，因此天线罩材料应该尽可能是低密度的轻质材料。 

O‐Sialon(Si_2‐xA1_xO_1+xN_2‐x；0＜x≤0.3)是Al原子置换Si₂N₂O中的一部分Si原子而形成的连续固溶体，O‐Sialon既保留了Si₃N₄的优良性质，并且比Si₃N₄易烧结，同时由于自身密度低、耐热性能良好、抗腐蚀、使用寿命长、介电性能优异使其具有很大的应用空间。另外，O‐Sialon陶瓷含氧量相对较高，因此抗氧化性能优异。O‐Sialon作为多孔材料应用时，具有介电常数低，高频及高温介电性能稳定等优点，因此是透波材料的优异候选者。本发明制备了一种以O‐Sialon为主要晶相的低密度、高强度透波材料，预期可满足宽频带天线罩材料的应用要求。 

O‐Sialon多孔材料制备的关键是制备出孔隙率可控，且显微结构均匀的材料。根据使 用方法和对材料性能的要求不同，人们已经发展了多种多孔陶瓷的制造工艺，如颗粒堆积成型工艺、发泡工艺、添加造孔剂工艺、有机泡沫体浸渍工艺、溶胶‐凝胶法等。目前，添加造孔剂法是制备多孔陶瓷的一种常用手段，但是添加造孔剂制备的多孔陶瓷气孔分布均匀性差，导致材料的介电性能不稳定。凝胶注模成型作为一种新型的胶态成型方法，若用于制备多孔材料，可以降低大气孔的数量以及改善气孔的分布，从而有利于制品的显微结构的控制，目前在多孔陶瓷领域取得了一定的研究进展。 

中国专利CN1456535(陈晓明，成国煌，邢辉，李世普.水基凝胶注模成型法制备多孔陶瓷的工艺）公布了一种采用水基凝胶注模成型与添加造孔剂结合制备多孔陶瓷的工艺，制备所得的材料显气孔率能达到80%以上，但是由于添加了造孔剂，孔径尺寸最大可达毫米级。中国专利CN101503298（王红洁，于娟丽，张健等，一种利用凝胶注模法制备氮化硅多孔陶瓷的方法）介绍了一种未添加造孔剂，仅利用有机单体固化形成的大量凝胶小分子通过高温氧化分解形成小孔和微孔，来制作氮化硅多孔陶瓷的方法，结果表明该方法制备的多孔氮化硅陶瓷，平均孔径小于1μm，而且孔径范围窄，孔径分布较均匀。