[发明专利]介电常数可调控的轻质氮化硅天线罩及其制备方法

说明书

本发明属于结构功能陶瓷材料领域，具体的涉及一种介电常数可调控的轻质氮化硅天线罩及其制备方法。以质量分数计，原料组成如下：氮化硅粉体70～95％，碳化硅粉体0～10％，造孔剂0～25％和稀土氧化物粉体3～15％。本发明利用冷等静压成型，通过控制成型压力和造孔剂含量，可实现素坯密度的控制，更容易实现复杂薄壁结构天线罩的均匀性、一致性控制；SiC与Si₃N₄的热学、力学等性能接近且不发生物理化学反应，经氧化处理后SiC表面被SiO₂包覆，可使材料介电常数大幅提升，介电损耗小幅变化，因此适量SiO₂包覆SiC的引入可作为高介电常数组分使用。

技术领域

本发明属于结构功能陶瓷材料技术领域，具体的涉及一种介电常数可调控的轻质氮化硅天线罩及其制备方法。

背景技术

氮化硅陶瓷是结构陶瓷中综合性能最好的材料之一，具有优良的电学、热学、力学和抗热震性能；多孔氮化硅陶瓷具有较低的介电常数、介电损耗角正切、低密度和合适的强度，优良的综合性能在航空航天透波材料(天线罩、天线窗)的研制方面有很大的应用空间。

早在20世纪80年代美国波音公司开发了“可控密度氮化硅”制备技术，密度可从0.5g/cm³到1.8g/cm³调控；该工艺在氮化硅粉末本体中内嵌孔道，并在粉末压制之后除去孔道，经反应烧结和β-Si₃N₄生长形成多孔氮化硅陶瓷，通过控制孔隙量，改变材料密度，进而达到控制材料介电常数的目的。1992年美国Verzemnieks等以氮化硅粉体、硅粉、萘及樟脑等造孔剂为原料，通过控制其含量，采用反应烧结技术制备了前部密度0.75～1.0g/cm³，后部密度1.6～2.0g/cm³的氮化硅天线罩。上述研究工作提出了通过降低材料密度，使材料介电常数发生变化的制备方法，但针对弹头电气性能和重量具有特殊需求的战术武器装备，如在较低密度下使陶瓷透波材料的介电常数提高或可调控的方法，国内外还未见报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种介电常数可调控的轻质氮化硅天线罩，实现多孔氮化硅陶瓷材料密度和介电常数的双向调控，且使调控范围满足实际需求；本发明同时提供了其制备方法。

本发明所述的介电常数可调控的轻质氮化硅天线罩，以质量分数计，原料组成如下：

其中：

造孔剂是聚甲基丙烯酸甲酯、苯甲酸、碳酸氢铵、尿素、聚维酮、聚乙二醇或聚乙烯醇中的一种或几种。

稀土氧化物粉体是氧化镱、氧化铥、氧化钇、氧化铒、氧化钆、氧化镧、氧化镝、氧化镨、氧化铽、氧化铈、氧化钕、氧化镥或氧化铕中的一种或几种。

本发明所述的介电常数可调控的轻质氮化硅天线罩的制备方法，具体步骤如下：

(1)原材料预处理

将氮化硅粉体、碳化硅粉体、造孔剂和稀土氧化物粉体在无水乙醇溶剂中球磨混合，然后经喷雾造粒制备成造粒粉体；

(2)冷等静压成型

将造粒粉体装入仿形成型模具中，然后在冷等静压成型机中成型，成型压力30～200MPa；

(3)脱脂-气氛压力烧结

将素坯在真空脱脂炉中脱脂，然后在气氛压力烧结炉内大于0.2MPa的压力、氮气气氛下，1650～1850℃进行烧结；

(4)氧化处理

将烧结后坯体在氧化气氛下、600～1000℃下热处理大于1h；

(5)精密加工