氧化鋯晶須增強(qiáng)磷酸鋁基透波材料的制備及性能研究.pdf

1、本文以陶瓷透波材料在航天飛行器天線罩上的應(yīng)用為基礎(chǔ)，根據(jù)氧化鋯晶須、硼酸鎂晶須以及磷酸鋁優(yōu)良的力學(xué)性能及介電性能進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，制備出了滿足性能要求的晶須增強(qiáng)磷酸鋁基陶瓷復(fù)合材料，并對(duì)其體積密度、顯孔隙率、抗彎強(qiáng)度、維氏硬度、抗熱震性、介電性能進(jìn)行了測(cè)試分析，探討了氧化鋯晶須增強(qiáng)增韌磷酸鋁基復(fù)合材料的機(jī)理，完善并豐富了磷酸鋁基透波材料體系，對(duì)透波材料科學(xué)具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。
　　磷酸鹽基透波材料具有強(qiáng)度高、耐高溫、抗氧化、優(yōu)異

2、的介電性、熱膨脹系數(shù)小以及結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性良好等特點(diǎn)，可滿足多種軍事、民用特殊要求，是低介電損耗、耐高溫的理想材料，并廣泛運(yùn)用于各種航空飛行器、導(dǎo)彈、火箭及航天飛機(jī)上。用晶須增強(qiáng)磷酸鋁基體可以克服磷酸鋁本身力學(xué)性能不高的缺點(diǎn)，用兩種或兩種以上晶須增強(qiáng)陶瓷透波材料基體，即混雜晶須增強(qiáng)可以克服單一晶須增強(qiáng)材料的缺點(diǎn)，會(huì)得到更加優(yōu)異的綜合性能。氧化鋯晶須的彈性模量和抗拉強(qiáng)度高，在高溫時(shí)性能保持穩(wěn)定，且與磷酸鋁具有較好物理化學(xué)兼容性，十分適合作為陶

3、瓷透波材料的增強(qiáng)體。硼酸鎂晶須彈性模量高，機(jī)械強(qiáng)度良好，具有耐化學(xué)藥品性、耐熱性、耐酸性、中子吸收性和電絕緣性等優(yōu)良性能，而且其介電常數(shù)較低，可以選擇作為透波材料的增強(qiáng)體。所以，選擇使用氧化鋯晶須以及硼酸鎂晶須增強(qiáng)磷酸鋁材料基體，以期提高磷酸鋁的力學(xué)性能，可以進(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。
　　采用常壓燒結(jié)技術(shù)，選取合適的晶須配比以及合理的燒結(jié)制度，制備出了氧化鋯晶須增強(qiáng)磷酸鋁基陶瓷透波材料以及氧化鋯晶須-硼酸鎂

4、晶須共同增強(qiáng)磷酸鋁基陶瓷透波材料，并對(duì)其體積密度、顯孔隙率、抗彎強(qiáng)度、維氏硬度、抗熱震性、介電性能進(jìn)行了測(cè)試分析，初步探討了氧化鋯晶須增強(qiáng)增韌磷酸鋁基體材料的機(jī)理。
　　研究了不同氧化鋯晶須含量、不同的燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷復(fù)合材料的體積密度、顯孔隙率、抗彎強(qiáng)度、維氏硬度、抗熱震性和介電性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:相同的燒結(jié)溫度，氧化鋯晶須含量越高，透波材料的體積密度越小、顯孔隙率越大;相同氧化鋯晶須含量的試樣，隨著燒成溫度的升高，體積

5、密度呈現(xiàn)上升后又稍稍下降的趨勢(shì)，顯孔隙率呈現(xiàn)先下降后又稍稍升高的趨勢(shì);當(dāng)氧化鋯晶須含量相同時(shí)，隨著燒成溫度的升高，磷酸鋁基透波材料的抗彎強(qiáng)度和維氏硬度皆為先上升后下降的趨勢(shì);添加氧化鋯晶須能使磷酸鋁基透波材料的抗熱震性增強(qiáng)、介電性能更佳。當(dāng)氧化鋯晶須含量為20％、燒成溫度為620℃時(shí)，磷酸鋁基透波材料的綜合性能最好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)分別為:抗彎強(qiáng)度210MPa，維氏硬度180MPa，介電常數(shù)2.87，介電損耗角正切值0.02425。

6、　　研究了不同含量和配比的氧化鋯晶須和硼酸鎂晶須、不同的燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷復(fù)合材料的體積密度、顯孔隙率、抗彎強(qiáng)度、維氏硬度、抗熱震性和介電性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)氧化鋯晶須和硼酸鎂晶須含量之比為1∶1、氧化鋯晶須和硼酸鎂晶須含量之和為30％、燒成溫度為800℃時(shí)，氧化鋯晶須-硼酸鎂晶須增強(qiáng)磷酸鋁基透波材料的綜合性能最優(yōu)異，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)分別為:相對(duì)密度1.83g/cm3，顯孔隙率0.18，抗彎強(qiáng)度90MPa，維氏硬度216MPa，介電

7、常數(shù)2.62,介電損耗角正切值0.06350;相比氧化鋯晶須和硼酸鎂晶須含量之和以及燒成溫度來(lái)說(shuō)，含量之比對(duì)材料的綜合性能影響最大;添加氧化鋯晶須能使材料的硬度和抗熱震性顯著提高。
　　根據(jù)已有的晶須增強(qiáng)增韌理論，初步探討了氧化鋯晶須增強(qiáng)增韌磷酸鋁基陶瓷透波材料的機(jī)理，作者分析為:氧化鋯晶須的引入可以明顯提高磷酸鋁基體的強(qiáng)度和韌性，裂紋的偏轉(zhuǎn)、晶須的橋聯(lián)以及晶須的拔出是提高本陶瓷透波材料強(qiáng)度和韌性的主要原因，裂紋偏轉(zhuǎn)機(jī)理是本材料中