硼酸鋁晶須-磷酸鋁透波材料的制備與性能研究.pdf

1、本文以磷酸鋁基陶瓷復(fù)合材料在導(dǎo)彈天線罩上的應(yīng)用為基礎(chǔ)，針對(duì)硼酸鋁晶須、磷酸鋁優(yōu)良的介電性能及力學(xué)性能進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，研制出能滿足寬頻高馬赫數(shù)導(dǎo)彈使用要求的天線罩候選材料。在理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用中都有十分重要的意義。 磷酸鹽基復(fù)合材料具有耐高溫、高強(qiáng)度、介電性能優(yōu)異、抗氧化以及良好的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，是耐高溫、低介電損耗的理想材料，可滿足多種特殊要求，廣泛運(yùn)用于各種火箭、導(dǎo)彈及航天飛機(jī)上。硼酸鋁晶須具有高的彈性模量，良

2、好的機(jī)械強(qiáng)度，耐熱性，耐化學(xué)藥品性，耐酸性，電絕緣性和中子吸收性能，而且其介電常數(shù)較低，十分適合作為透波材料的增強(qiáng)體。因此，選用硼酸鋁晶須增強(qiáng)增韌磷酸鋁基體，提高磷酸鋁的力學(xué)性能，以期進(jìn)一步拓寬磷酸鋁系透波材料在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用。 利用傳統(tǒng)的無(wú)壓燒結(jié)技術(shù)，選取最佳的晶須含量以及合理的燒結(jié)制度，制備出硼酸鋁晶須增強(qiáng)磷酸鋁陶瓷基透波復(fù)合材料，并對(duì)其力學(xué)性能和介電性能進(jìn)行了測(cè)試，初步探討了材料的增強(qiáng)增韌機(jī)理。 探討了不同燒結(jié)

3、溫度、不同晶須含量對(duì)復(fù)合材料氣孔率、相對(duì)密度、彎曲強(qiáng)度、維氏硬度和斷裂韌性的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:復(fù)合材料的相對(duì)密度、彎曲強(qiáng)度、維氏硬度和斷裂韌性隨燒結(jié)溫度和晶須含量的增加先增大后減小。晶須含量為30wt％的試樣，當(dāng)燒結(jié)溫度為1050℃時(shí)，復(fù)合材料的相對(duì)密度、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性最高，分別為87.16％、215.33MPa和4.85MPa·m1/2；當(dāng)燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)，復(fù)合材料的維氏硬度達(dá)到最大，為289.87MPa。復(fù)合材料的氣

4、孔率則隨著燒結(jié)溫度的升高先減小后增大，隨晶須含量的增加逐漸增大。 探討了不同成型壓力下對(duì)晶須含量為40wt％的復(fù)合材料力學(xué)性能和介電性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明復(fù)合材料的相對(duì)密度、維氏硬度、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性仍然隨著燒結(jié)溫度的升高呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)；在相同的燒結(jié)溫度下，在200MPa下成型的復(fù)合材料的力學(xué)性能都比在100MPa成型的復(fù)合材料有所提高，最佳燒結(jié)溫度由1250℃，降低到1200℃。當(dāng)試樣的成型壓力增大時(shí)，試樣的介電

5、常數(shù)也隨之增大。 探討了不同燒結(jié)溫度、不同晶須含量對(duì)復(fù)合材料介電性能的影響規(guī)律。當(dāng)晶須含量相同時(shí)，復(fù)合材料的介電常數(shù)隨著相對(duì)密度的上升而增大，介電損耗隨著相對(duì)密度的上升而減小，復(fù)合材料的介電損耗主要是由松馳極化引起的。硼酸鋁晶須-磷酸鋁透波材料的介電常數(shù)和介電損耗分別在2.80～4.45和0.00826～0.03396的范圍內(nèi)。 根據(jù)現(xiàn)有的晶須增強(qiáng)增韌理論，分析了硼酸鋁晶須增強(qiáng)增韌磷酸鋁基復(fù)合材料的機(jī)理，本人認(rèn)為，晶須的