氮化硅納米線的合成及其增強氮化硅基透波復合材料研究.pdf

1、隨著導彈與飛行器的快速發(fā)展，尤其是高馬赫數(shù)導彈以及高超聲速飛行器的出現(xiàn)，作為集承載、透波、耐蝕、防熱于一體的天線罩需要面對更為嚴苛的應用環(huán)境。為了實現(xiàn)在更為嚴苛條件下的高速飛行，精確制導，要求天線罩材料更長時間的承載能力，更好的抗熱震性能以及更優(yōu)異的透波性能。作為下一代天線罩材料的首選材料，氮化硅具有優(yōu)良的機械性能，很好的耐高溫性能以及良好的抗熱震性，但作為陶瓷材料，其固有的脆性是妨礙氮化硅材料更好應用的一個難題，因此提高氮化硅陶瓷的韌

2、性成為了氮化硅陶瓷研究的核心課題。針對此課題，本文以氮化硅納米線（Silicon Nitride Nanowires, SNNWs）作為增強體，制備了氮化硅納米線增強氮化硅復合材料（SNNWs/Si3N4），分別研究了氮化硅納米線的合成工藝和SNNWs/Si3N4復合材料制備工藝，并對氮化硅納米線和SNNWs/Si3N4復合材料進行了深度表征和分析。
　　采用氣-固相合成法（Vapor-Solid, VS），分別以Al2O3和石墨

3、為基底，合成了氮化硅納米線，研究了反應溫度和保溫時間對氮化硅納米線的形貌影響，對制備的氮化硅納米線進行了結構以及微觀形貌的分析和表征，并對氮化硅納米線的生長機理、表面元素組成和高溫抗氧化性進行了研究。結果顯示：在1500℃保溫2h的條件下合成的氮化硅納米線直徑約為200nm，具有較好的均勻性，長度可達數(shù)百微米，且能兼具較好的產(chǎn)量。氮化硅納米線的生長機理為 VS生長，表面具有SiOx非晶層，表面元素主要為Si，N和O。在TG-DSC測試中

4、，氮化硅納米線在1135℃以上急劇氧化。
　　采用模壓成型以及常壓氣氛燒結的方法制備了 SNNWs/Si3N4復合材料，研究了燒結溫度以及氮化硅納米線含量對 SNNWs/Si3N4復合材料宏觀物理性能、斷口形貌以及力學性能和介電性能的影響，并分析了氮化硅納米線不同燒結溫度下在復合材料中的演變及其在 SNNWs/Si3N4復合材料中的增韌機理。結果顯示：SNNWs/Si3N4復合材料的密度和氣孔率分別處于1.5~2.3g/cm3和2

5、7.5％~50.0%之間；燒結溫度越高，氮化硅納米線含量越多，SNNWs/Si3N4復合材料的相轉變越徹底，當燒結溫度為1750℃時，復合材料中的 Si3N4幾乎全部轉化為β-Si3N4；SNNWs/Si3N4復合材料的彎曲強度隨燒結溫度的升高而升高，隨氮化硅納米線含量的增加而減小，彎曲強度值分布在15MPa~210MPa之間；SNNWs/Si3N4復合材料的斷裂韌性大致隨溫度的升高而升高，隨氮化硅納米線含量的增加，其斷裂韌性在燒結溫度

6、為1500℃~1550℃時變化不大，在1600℃~1650℃時先隨氮化硅納米線的含量增加而增加，之后隨氮化硅納米線含量的增加而減小，在氮化硅納米線含量為0.5wt%時達到最大值；在1700℃~1750℃時隨氮化硅納米線含量的增加而減小；在1600℃和1650℃時，氮化硅納米線含量為0.5wt%的復合材料性能最好，1650℃時， SNNWs/Si3N4復合材料斷裂韌性為1.21MPa·m1/2；1600℃時， SNNWs/Si3N4復合材