高性能磷酸鋁基透波材料的制備及性能研究.pdf

1、本文以磷酸鹽材料在航天飛行器天線罩，制導(dǎo)武器等中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，結(jié)合磷酸鋁(AlPO4)、硼酸鋁晶須(9Al2O3·2B2O3)、二氧化鋯(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)的優(yōu)良介電性能及力學(xué)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，制備出滿足要求的透波材料。
　　 磷酸鹽基復(fù)合材料具有熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度高、優(yōu)良的介電性能、抗氧化性、熱膨脹系數(shù)小以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性優(yōu)異等特點(diǎn)，是耐高溫、低介電損耗的理想材料，可用于各種特殊環(huán)境，廣泛運(yùn)用于各種火箭、導(dǎo)彈及航天飛機(jī)上。硼

2、酸鋁晶須具有高彈性模量，良好的機(jī)械強(qiáng)度，耐腐蝕性，電絕緣性和中子吸收性能，并且其介電常數(shù)較低，是作透波材料增強(qiáng)體的一種理想材料。ZrO2的化學(xué)穩(wěn)定性及抗氧化性能好，耐高溫，熱導(dǎo)率小，并且具有抗熱沖擊性，可燒結(jié)性等。Si3N4具有高強(qiáng)度，耐高溫的特點(diǎn)，耐熱震性、抗磨損性、耐蝕性好。因此，選取ZrO2和Si3N4作為9Al2O3·2B2O3-AlPO4透波材料的添加劑，改善9Al2O3·2B2O3-AlPO4透波材料的介電性能，提高力學(xué)性能

3、，以進(jìn)一步拓寬磷酸鋁系透波材料在航天航空及軍事領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用。
　　 利用傳統(tǒng)常壓燒結(jié)技術(shù)，選取最佳添加劑含量以及合理的燒結(jié)制度，分別制備出ZrO2-9Al2O3·2B2O3-AlPO4陶瓷透波材料以及Si3N4-9Al2O3·2B2O3-AlPO4陶瓷透波材料，并對(duì)材料的力學(xué)性能和介電性能分別進(jìn)行測(cè)試，初步探討材料的增強(qiáng)增韌和透波機(jī)理。
　　 研究了不同添加劑含量在不同燒結(jié)溫度下對(duì)9Al2O3·2B2O3-AlPO4

4、復(fù)合材料顯氣孔率、相對(duì)密度、抗彎強(qiáng)度、維氏硬度、抗熱震性、介電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以Si3N4作為添加劑時(shí)透波材料的相對(duì)密度、彎曲強(qiáng)度、維氏硬度隨燒結(jié)溫度和Si3N4含量的增加先增大后減小，當(dāng)Si3N4含量為5％，燒結(jié)溫度為1050℃時(shí)綜合性能達(dá)到最優(yōu)，抗彎強(qiáng)度為167.29MPa維氏硬度為381.15MPa介電常數(shù)3.15，介電損耗為0.0089。復(fù)合材料的顯氣孔率則隨著燒結(jié)溫度的升高和Si3N4含量的增加先減小后增大，當(dāng)超過5

5、％時(shí)開始減小。Si3N4-Al2O3·2B2O3、AlPO4復(fù)合材料經(jīng)過1000℃熱震后，殘余抗彎強(qiáng)度仍可達(dá)到原強(qiáng)度的80％。
　　 當(dāng)添加ZrO2時(shí)透波材料的相對(duì)密度、彎曲強(qiáng)度、維氏硬度隨燒結(jié)溫度和ZrO2含量的增加先增大后減小。ZrO2含量為3％的試樣，當(dāng)燒結(jié)溫度為850℃時(shí)，復(fù)合材料的綜合性能達(dá)到最優(yōu)，相對(duì)密度、抗彎強(qiáng)度和維氏硬度分別為2.01g/cm3、230.58MPa和506.68MPa，介電常數(shù)為5.19;復(fù)合材料