[发明专利]一种抗热冲击氧化物透波陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗热冲击氧化物透波陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料包含如下体积百分比含量的组份：介电常数≤10的氧化物陶瓷基体20％～92％；二氧化硅包覆的磷酸锆钙陶瓷8％～80％。该材料室温‑1000℃线膨胀系数介于0～0.3×10^‑6/K范围内，具有优良的抗热冲击性能，且介电和力学性能良好。本发明在低介电氧化物陶瓷材料中引入一定比例的经过纳米二氧化硅包覆的磷酸锆钙陶瓷颗粒，通过空气气氛高温热处理，得到接近零膨胀系数的陶瓷材料。该方法基于成熟的陶瓷材料制备方法，操作简单，周期短，成本低，工艺放大难度低，易于实现工程化。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，特别涉及一种抗热冲击氧化物透波陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

氧化物透波陶瓷材料，特别是氧化铝、镁铝尖晶石等陶瓷材料，受其热膨胀系数较大的影响，在经受快速升温或降温环境下，内部会产生极大的热应力，从而造成材料破坏，导致其可靠性较差，严重限制了该类材料的工程应用范围。因此，如果能够把氧化物热透波陶瓷材料的热膨胀系数降低至零或接近零，则可大幅降低材料的热应力，显著提高该类材料在温度急剧变化环境下的可靠性，从而拓宽其应用范围。如何在降低材料热膨胀系数的同时，保持其低介电的特性，同时使其具有较高的力学性能，是目前需要亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种氧化物透波陶瓷材料，该材料具有近似零膨胀系数、低介电以及良好的力学性能，可靠性大幅优于普通氧化物透波陶瓷材料，可用于严苛热冲击环境下(瞬间温度变化≥1000℃)的透波窗口等应用领域。

本发明的另一个目的在于提供一种氧化物透波陶瓷材料的制备方法，采用复合陶瓷思路，在氧化物陶瓷中引入具有负膨胀系数且介电性能良好的陶瓷材料。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种抗热冲击氧化物透波陶瓷材料，包含如下体积百分比含量的组分：

氧化物透波陶瓷材料基体 20％～92％

二氧化硅包覆的磷酸锆钙陶瓷 8％～80％；

氧化物透波陶瓷材料基体的介电常数≤10。

在上述抗热冲击氧化物透波陶瓷材料中，氧化物透波陶瓷材料基体为石英、硅酸钇、镁铝尖晶石、莫来石、氧化铝、氧化钇或氧化铍中一种或一种以上组合。

在上述抗热冲击氧化物透波陶瓷材料中，磷酸锆钙陶瓷颗粒成分为晶态CaZr₄(PO₄)₆。

在上述抗热冲击氧化物透波陶瓷材料中，二氧化硅包覆的磷酸锆钙陶瓷颗粒粒径为5～50微米，二氧化硅占所述二氧化硅包覆的磷酸锆钙陶瓷颗粒的体积百分比为5-20％。

上述一种抗热冲击氧化物透波陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备磷酸锆钙陶瓷颗粒；

(2)磷酸锆钙陶瓷颗粒表面包覆二氧化硅；

(3)在氧化物透波陶瓷基体材料粉体中混入二氧化硅包覆的磷酸锆钙陶瓷颗粒后成型；

(4)在空气气氛下热处理后，得到抗热冲击氧化物透波陶瓷材料。

在上述抗热冲击氧化物透波陶瓷材料的制备方法中，步骤(1)中，制备磷酸锆钙陶瓷颗粒的具体过程如下：

在磷酸溶液中首先溶入含钙化合物，随后加入含锆化合物，采用球磨或搅拌的方式混合均匀后干燥过筛，在空气气氛热处理后，得到磷酸锆钙陶瓷颗粒。

在上述抗热冲击氧化物透波陶瓷材料的制备方法中，含钙化合物为氢氧化钙、氧化钙或碳酸钙中的一种或多种，所述含锆化合物为氧化锆、氢氧化锆或碳酸锆中的一种或多种。