[发明专利]Si3

说明书

本发明涉及一种Si₃N_4w/Si预制体及利用该预制体制备Si₃N_4w/Si₃N₄复合材料的方法，以盐酸为pH调节剂，在酸性条件下将Si粉的引入与Si₃N₄晶须预制体的成型相结合，提高了比表面积较高的微米级Si粉在水基浆料中的稳定性；同时以聚乙烯醇为分散剂，实现了Si₃N₄晶须在酸性浆料中的稳定分散，得到了Si₃N_4w/Si复相高体积分数协同稳定悬浮浆料。Si粉氮化反应过程体积膨胀，可有效占据预制体中的孔隙；将多孔Si₃N_4w/Si预制体放入氮化炉中，通入N₂，使预制体中的Si粉发生氮化反应，在Si₃N₄晶须上原位生成氮化硅，得到Si₃N_4w/Si₃N₄复合材料。本发明发展的方法适合用于制备大尺寸复杂形状构件，通过凝胶注模结合原位反应，可获得一种各向同性、残余应力较小的高性能陶瓷基复合材料。

技术领域

本发明属于晶须增强复合材料的制备，涉及一种Si₃N_4w/Si预制体及利用该预制体制备Si₃N_4w/Si₃N₄复合材料的方法。具体涉及一种凝胶注模成型Si₃N_4w/Si预制体，经由Si的氮化反应在Si₃N₄晶须上原位制备Si₃N₄基体，从而获得Si₃N_4w/Si₃N₄复合材料的制备方法，其主要应用于透波陶瓷制造技术领域。

背景技术

透波复合材料可以保护雷达天线系统免受外部恶劣环境的影响，为天线电磁波的发射和接收提供电磁窗口，保证其长期高效运行。天线罩透波材料通常具有较低的介电常数、损耗和较高的电磁波透过率，同时还须具备高强度、耐高温、结构稳定等一定的力学性能，以及结构可设计性。

氮化硅(Si₃N₄)陶瓷以共价键结合，具有优异的力学性能，同时其还具备较高的热稳定性能，热膨胀系数低、耐热冲击性能佳、介电常数适中，可应用于高温透波陶瓷领域。传统烧结成型工艺制备的氮化硅陶瓷致密度高、强度大，但高的致密度使陶瓷介电常数偏高，不利于透波性能的改善；同时，加入的烧结助剂对材料的高温性能和透波性能均存在一定不利影响；另外，烧结过程中存在大尺度收缩，导致制备大尺寸复杂形状构件困难，制备的构件中存在较大残余应力，不利于构件长期使用。研究人员提出多孔氮化硅陶瓷的设计思路，通过引入孔隙显著降低陶瓷的介电常数，提升其透波性能。但是目前多孔氮化硅陶瓷的制备工艺仍主要以烧结为主，烧结助剂和烧结过程中陶瓷的体积收缩对材料性能以及成型控制的不利影响仍然未被有效消除。