1、高速長航時導彈天線罩對透波材料提出了透波、承載及長時間耐高溫的需求。本文以此為研究目標，開展了氮化物透波復相陶瓷的制備與性能研究，采用模壓-PIP法及凝膠注模-PIP法制備了Si3N4-BN復相陶瓷，研究了其綜合性能，并對天線罩的制備進行了初步探索，此外還初步研究了BN-BN、Sialon-BN復相陶瓷的制備及其性能。
　　采用模壓-PIP工藝制備了Si3N4-BN復相陶瓷，并對制備工藝進行了優(yōu)化研究。復相陶瓷的密度和力學性能在實

2、驗條件范圍內(nèi)均隨模壓壓力、裂解溫度和 PIP循環(huán)次數(shù)的增加而提高。模壓壓力高于100MPa時其工藝性降低，較易出現(xiàn)層間裂紋；1750℃裂解時復相陶瓷的密度、孔隙率、彎曲強度、彈性模量和斷裂韌性分別為2.33g·cm-3、14.11％、219.1MPa、75.5GPa和2.62MPa·m1/2；經(jīng)過3輪PIP循環(huán)基本可以實現(xiàn)復相陶瓷的致密化。優(yōu)化后復相陶瓷的制備工藝參數(shù)為模壓壓力100MPa、裂解溫度1750℃及3輪循環(huán)次數(shù)。
　　

3、對采用優(yōu)化后工藝制備的Si3N4-BN復相陶瓷的綜合性能進行了研究，結(jié)果如下：1500℃于空氣中保溫15min后，復相陶瓷的彎曲強度為160.8MPa，強度保留率為73.40%；復相陶瓷的介電性能在7~18GHz和25~1200℃范圍內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性，介電常數(shù)維持在5.0左右，損耗角正切基本保持在5.0×10-3以下；復相陶瓷的線燒蝕率和質(zhì)量燒蝕率分別為0.20mm·s-1和0.021g·s-1，燒蝕過程中Si3N4相被氧化為SiO2

4、，BN相被氧化為B2O3并發(fā)生氣化；裂解溫度低于1400°C時，復相陶瓷會發(fā)生反應(yīng)吸潮，生成產(chǎn)物(NH4)2O·xB2O3·yH2O，反應(yīng)吸潮現(xiàn)象在裂解溫度高于1400°C時消失；復相陶瓷的導熱系數(shù)為7.62~9.04 W·m-1·K-1（0~300°C），熱膨脹系數(shù)隨著溫度的升高而增加，1600°C時為3.77×10-6·K-1。
　　發(fā)現(xiàn)了Si3N4-BN復相陶瓷中裂解BN阻礙Si3N4相轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。裂解BN以空間位阻的方式阻

5、礙了Si3N4晶粒間的接觸、融合及β-Si3N4的晶粒長大。Si3N4的相轉(zhuǎn)變量隨裂解溫度的升高僅有很小程度的增加，1750℃裂解時Si3N4的相轉(zhuǎn)變量僅為3.90wt.%。
　　研究了采用丙烯酰胺、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺凝膠注模體系制備多孔 Si3N4素坯的工藝路線，并制備了固相含量為30~45vol.%的多孔 Si3N4素坯。Si3N4漿料的制備工藝參數(shù)選擇為10.3~11.0的pH值、2.0vol.%的分散劑含量和18~

6、24h的球磨時間。Si3N4素坯成型過程中采用了真空除氣工藝、1°C/min升溫至600°C并保溫2h的除碳工藝和階段性溫度與濕度控制的干燥工藝。
　　采用凝膠注模-PIP工藝制備了Si3N4-BN復相陶瓷，其綜合性能與模壓-PIP工藝制備的復相陶瓷較為相似。復相陶瓷同樣由h-BN、α-Si3N4和β-Si3N4三相組成，且Si3N4相轉(zhuǎn)變較少。隨著固相含量的增加，復相陶瓷的力學性能隨之提高，介電性能隨之降低。當固相含量為45vo

7、l.%時，其彎曲強度、彈性模量和斷裂韌性分別為231.4MPa，79.6GPa和2.83MPa·m1/2。當固相含量由30vol.%增加至45vol.%時，復相陶瓷介電常數(shù)由4.31~4.44提高至5.01~5.06（7~18GHz），不同固相含量的復相陶瓷損耗角正切均低于3.31×10-3（7~18GHz）。
　　研究了燒結(jié)助劑對Si3N4-BN復相陶瓷性能的影響。采用模壓-PIP工藝時，燒結(jié)助劑的使用同時實現(xiàn)了復相陶瓷力學性能

8、及Si3N4相轉(zhuǎn)變量的提高，但其介電性能和1000℃時的高溫力學性能略有降低。由于裂解BN對Si3N4相轉(zhuǎn)變量的阻礙作用，提出了凝膠注模-燒結(jié)-PIP工藝，并制備出β-Si3N4含量較高的Si3N4-BN復相陶瓷。由于添加了燒結(jié)助劑并對Si3N4素坯進行了燒結(jié)，其相轉(zhuǎn)變顯著增加，主要存在相為具有高長徑比晶粒的β-Si3N4，復相陶瓷的力學性能也顯著提高，但高溫力學性能有所降低，1500℃于空氣中保溫15min后，固相含量為35vol.%

9、的復相陶瓷的彎曲強度為127.1MPa，強度保留率為49.82%。復相陶瓷的介電性能隨β-Si3N4的增加而降低，固相含量從30vol.%增加到45vol.%時，介電常數(shù)由4.94~5.03增加至5.54~5.56。采用該工藝制備的復相陶瓷力學性能較好，但介電性能稍差，且燒結(jié)過程中Si3N4素坯的體收縮率較大，適用于對力學性能要求較高且對外形要求稍低的應(yīng)用需求。
　　采用模壓-PIP工藝實現(xiàn)了塊狀BN-BN復相陶瓷的制備。材料由高

10、純h-BN相組成，微觀結(jié)構(gòu)隨裂解溫度的提高由裂解 BN粘接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷悠瑺铑w粒堆積結(jié)構(gòu)。1600°C裂解的復相陶瓷的密度、孔隙率、彎曲強度、彈性模量和斷裂韌性分別為1.81g·cm-3、20.16%、39.8MPa、31.8GPa和1.46MPa·m1/2，15GHz時其介電常數(shù)和損耗角正切分別為2.7和0.0052。BN-BN復相陶瓷的力學性能較差，但介電性能優(yōu)異，適用于力學性能要求不高的透波領(lǐng)域。
　　研究了凝膠注模-PIP工

11、藝制備的Sialon-BN復相陶瓷的綜合性能。復相陶瓷中的Sialon相為Si3Al3O3N5，裂解BN相則將Sialon相顆粒包覆粘接。Sialon-BN復相陶瓷具有較為優(yōu)異的綜合性能，1750℃裂解時其密度、孔隙率、彎曲強度、彈性模量和斷裂韌性分別為2.16g·cm-3、24.21%、178.6MPa、75.5GPa、4.54MPa·m1/2，其介電常數(shù)為3.51~3.55，損耗角正切為1.0~2.5×10-3（7~18GHz）。<