多孔BNNTs-SiO2-Si3N4復合材料的制備與介電性能研究.pdf

1、天線罩作為航天器信號傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，由于其復雜的工作環(huán)境，需要具備更好的耐濕熱性，更優(yōu)異的力學性能和透波性能。隨著Si3N4粉末生產(chǎn)、成型、燒結及加工技術的改進，氮化硅陶瓷的性能和可靠性得到不斷提高。多孔氮化硅陶瓷具有優(yōu)異的機械性能，化學穩(wěn)定性，高溫時抗氧化等熱學性能及良好的介電性能，將獲得更廣泛的應用。
　　本論文采用Si3N4為基體，以硅藻土和硬脂酸為造孔劑、BNNTs作增強相、Al2O3和Y2O3為燒結助劑，利用BN

2、和SiO2優(yōu)異的力學和介電性能，采用無壓燒結工藝，制備多孔BNNTs-SiO2-Si3N4復合陶瓷材料。分析燒結溫度、保溫時間、造孔劑含量、BNNTs加入量等因素對材料的彎曲強度、斷裂韌性、微觀結構、熱學性能和介電性能的影響。主要研究內容如下:
　　(1)硅藻土作為造孔劑可以起到較好的造孔效果;添加10％的硅藻土1500℃燒結保溫1h的BN-SiO2-Si3N4復合陶瓷氣孔率達到最大值50.7％，提高約25％，其相應的彎曲強度和斷

3、裂韌性分別為78.04MPa和1.25MPa·m1/2，介電常數(shù)降低至約為3，介電損耗約在3×10-2，介電性能得到改善。氣孔分布均勻，孔徑大小主要分布0.3μm左右，微觀結構良好。BN的添加阻礙燒結的致密化，提高燒結溫度，增加保溫時間可促進燒結的進行。
　　(2)添加BNNTs對BNNTs-Si3N4復合陶瓷性能影響明顯，可顯著提高復合陶瓷的力學性能，提高復合材料抗高溫彎曲的性能，但對其抗熱震性能不利。1550℃燒結時，添加1％

4、BNNTs的材料彎曲強度達到最高為276.03MPa，相比于不添加BNNTs的試樣(彎曲強度227.18MPa)提高了約25％，同時其斷裂韌性為3.29MPa·m1/2，氣孔率為36.7％;介電常數(shù)達到4.4左右，介電損耗約在2～9×10-2之間。
　　(3)共同添加5％的硅藻土和BNNTs能起到更好的造孔效果，同時其介電性能和力學性能都得到了提高。1500℃保溫2h燒結制備BNNTs-SiO2-Si3N4復合陶瓷添加1％的BNN

5、Ts的試樣強度韌性分別達到了最高值166.99MPa、3.54MPa·m1/2，相較于無BNNTs的試樣的強度韌性120.79MPa和2.51MPa·m1/2，分別提高了約40％和50％;介電常數(shù)為3.6～3.9，介電損耗在5～10×10-2。
　　本文利用硅藻土作造孔劑，BNNTs作增強相成功制備出綜合性能優(yōu)異的BNNTs-SiO2-Si3N4復合陶瓷，為滿足天線罩等對透波材料的高性能的要求打下了基礎，并為硅藻土和BNNTs在復