[发明专利]一种透波型Si3N4纤维增韧Si3N4陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透波型Si₃N₄纤维增韧Si₃N₄陶瓷基复合材料的制备方法，具体涉及一种采用先驱体浸渍裂解法（PIP）和化学气相沉积/渗透法（CVD/CVI）相结合制备透波型Si₃N₄纤维增韧Si₃N₄陶瓷基复合材料的方法。

背景技术

随着军事技术的进一步发展，导弹的飞行速度越来越高，弹头面临的热环境和力环境，特别是弹道导弹再入大气层时遭受严重的高温、高压、振动和冲击，要比主动段严重几十倍，这些因素对导弹天线罩提出了越来越高的要求。天线罩的性能取决于所选择材料的优劣，为了同时满足高速飞行和精确制导的双重要求，导弹天线罩材料应满足以下条件：力学性能好，弹性模量大，断裂强度和韧性高，热膨胀系数低，抗热震，介电常数低（一般应小于10），抗粒子侵蚀和抗雨水侵蚀能力强，易于加工成型。殷小玮等在“一种透波纤维增韧氮化硼陶瓷基透波复合材料的制备方法”（CN103265303A）中提到使用透波性能优异的氮化硼陶瓷作为复合材料的基体，该方法能够制备出高透波特性的透波型氮化硼陶瓷基复合材料，该复合材料主要应用于需要优异的透波特性而对强度要求不高的领域。微波透射材料的tanδ在10^-4～10^-2较为理想，而有时为了满足高温下的力学性能，tanδ为10^-1的介电材料也可用作透波材料，也就是说在一定情况下为满足材料的力学性能可以适当的降低材料的透波特性，而多孔材料也能在一定程度上弥补其电性能。

纤维作为复合材料的增强体，在复合材料的高温性能和力学性能等方面起到了重要的作用。对比几种透波纤维，Si₃N₄纤维综合性能十分优异：不但具有高比强、高比模等优越的力学性能，还具有耐高温、耐化学腐蚀、良好的耐热冲击性以及高耐氧化性。它主要应用于金属陶瓷基复合陶瓷材料的增强陶瓷材料和防热功能复合陶瓷材料的制备，在透波陶瓷材料中也有极大的应用前景。此外，美、日等发达国家的实验表明，Si₃N₄纤维能与各种陶瓷基体很好的复合。因此，Si₃N₄纤维将成为一种新型高温结构/功能陶瓷材料。

陶瓷材料因其优异的耐高温性能成为高温透波领域的主要候选材料，其中Si₃N₄陶瓷材料具有强度高、热稳定和化学稳定性好等优点，适合用作高性能透波材料。从上世纪80年代起，以Si₃N₄为基本组成的陶瓷天线罩材料成为西方各国研究的重点之一，美国尤甚。连续纤维增强氮化物陶瓷基复合材料具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗疲劳蠕变，以及对裂纹不敏感，不发生灾难性损毁等特点，被视为新一代重点发展的高温热结构材料。此类材料的可设计性强，但制备工艺尚不成熟。因此，优化设计复合材料的组分与结构，并采用满足设计要求的制备方法，是复合材料优异性能的前提和保障，也是目前的研究重点。目前Si₃N₄制备方法主要有固相烧结法、有机先驱体裂解法和化学气相沉积法等。

国内对CFCC-Si₃N₄的制备和透波性能也进行了探索，郭景坤等（郭景坤等，氮化硼纤维补强氮化硅防热天线窗材料。文献）将BN纤维和硅粉混合，采用反应烧结工艺制备了BN纤维增强Si₃N₄基复合材料（BN_f/Si₃N₄），其密度为2.0-2.4g/cm³，弯曲强度为41-127MPa，介电常数3.96(9.375GHz)。然而，固相烧结法通常需要添加烧结助剂而且烧结温度较高，对纤维增强体的性能破坏很大，不适宜用作高性能透波材料的制备。