[发明专利]一种BN-MAS陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化硼基陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

天线罩位于飞行器的头部，是一种集导流、承载、透波、防热、耐蚀等多功能为一体的结构/功能部件。

随着空间飞行器飞行马赫数的不断提高，对于飞行器天线窗或天线罩材料要求日益严苛。高超音速飞行器要求透波材料具有高耐热性、优异的介电性能和抗热冲击性能，以及良好的力学性能。现有的陶瓷材料很难满足这些要求；现有的热压烧结氮化硼陶瓷，主要通过与熔石英、氮化硅、氧化铝、氮化铝等制备复合材料，以提高其耐热性、抗热冲击性及力学性能，但存在着性能提升不够明显，并且烧结温度过高、烧结压力过大导致成本高、效率低，因此难于大规模生产制造。对于以MAS作为第二相引入BN陶瓷中制备复合材料和性能的研究还未见报道。

发明内容

本发明是要解决现有氮化硼陶瓷材料生产中烧结温度过高、烧结压力过大导致成本高、效率低的技术问题，从而提供了一种BN-MAS陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明的一种BN-MAS陶瓷复合材料按质量百分含量由2％～10％的MgO粉末、9％～25％的Al₂O₃粉末、9％～36％的非晶SiO₂粉末和余量的六方BN粉末制成。

上述的BN-MAS陶瓷复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：

一、称量：按质量百分比含量称取2％～10％的MgO粉末、9％～25％的Al₂O₃粉末、9％～36％的非晶SiO₂粉末和余量的六方氮化硼粉末；

二、球磨制浆：将步骤一称取的粉末置于容器中，加入介质，以200～300r/min的速率球磨20～24h，得到混合浆料；其中，所述介质与步骤一称取的粉末的质量比为3～8:1；

三、干燥制粉：将步骤二得到的混合浆料在温度为60～100℃下烘干0.5～1h，烘干后研碎，过200目筛后，得到混合粉料；

四、装模预压：将步骤三得到的混合粉料装入模具内，然后在压力为10～15MPa下进行预压成型；

五、烧结处理：将预压后装有粉体的模具置于烧结炉内，充入保护气体，在温度为1300～1500℃、压力为5～20MPa的条件下烧结0.5～3h，得到BN-MAS陶瓷复合材料；

其中，步骤一所述的MgO粉末的纯度为98.0％，Al₂O₃粉末的纯度为98.5％，非晶SiO₂粉末的纯度为99.5％，六方氮化硼粉末的纯度为99.0％。

本发明包括以下有益效果：

1、本发明的BN-MAS陶瓷复合材料性能优异，在1450℃烧结所得致密度达99.4％，在室温下用三点弯曲法测试得到的抗弯强度可达到213.2MPa±24.8MPa，弹性模量为73.5GPa±3.0GPa，断裂韧性可达到2.4MPa·m^1/2±0.3MPa·m^1/2，介电常数达到5.81，介电损耗角正切值为6.57×10^-3，达到比较好的介电性能；

2、本发明首次以MAS作为第二相制备BN-MAS陶瓷复合材料，采用热压烧结工艺，获得一种力学性能、热学性能和介电性能等综合性能良好的新型透波材料，其力学性能、热学性能和介电性能均达到天线罩材料的要求。

3、本发明以六方相BN为基体，通过添加MgO、Al₂O₃和非晶SiO₂在高温下固相反应生成MAS系微晶玻璃（MAS系微晶玻璃包含非晶相，莫来石相，堇青石相等）制备BN-MAS陶瓷复合材料；其中，MAS在高温下为液相，起到了促进烧结的作用，烧结完成后非晶相可起到粘结剂的作用，提高了BN陶瓷基复合材料的强度和致密度，而六方BN颗粒的存在提高了MAS微晶玻璃的韧性及抗热冲击能力。因此，本发明制备的BN-MAS陶瓷复合材料可以满足高马赫数飞行器的要求，并且生产工艺简单，生产成本低，生产效率高，适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明制备的BN-MAS陶瓷复合材料的XRD图谱；其中，“☆”为六方氮化硼的衍射峰，“▼”为莫来石的衍射峰。

具体实施方式