[发明专利]一种含铪硅硼碳氮高温吸波陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种含铪硅硼碳氮吸波陶瓷的制备方法，属于吸波材料技术领域。首先制备超支化聚合物，再与四(二乙基氨基)铪进行交联，将铪元素引入超支化聚合物中形成含铪聚硼硅氮烷前驱体，最后通过热解实现前驱体到陶瓷的转化。此方法获得的含铪聚硼硅氮烷前驱体结构可控，经热解得到的含铪硅硼碳氮陶瓷在高温退火时能够生成HfC相、SiC相、HfB₂相。这种原位生成的多相陶瓷集耐高温性能和吸波性能于一体。SiBCNHf(25)陶瓷的最小反射系数在11.1GHz、厚度为2.5mm时可达‑56.71dB，室温下在匹配厚度为2.70mm时有效吸收带宽可达3.4GHz，其在600℃时有效吸收带宽仍可以覆盖2.16GHz。

技术领域

本发明涉及高温吸波材料技术领域，特别涉及一种含铪硅硼碳氮高温吸波陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

高速飞行器(≥5马赫)及航空发动机尾喷管后延部位、调节片等器件的高温隐身具有很大难度，主要因为剧烈的气动热以及燃气冲刷会使其表面温度达到1000～2200℃，目前常用的吸波剂，如磁损耗、电阻损耗或双复型吸波剂均无法满足要求。这是由于磁性吸波剂的居里温度(Tc)较低，如Ba₃Me₂Fe₂₄O₄₁(Me＝Co、Cu、Ni)铁氧体的Tc在360～440℃，镍锌铁氧体为570℃，Li_0.5Fe_2.5O₄最高为670℃，当使用温度超过Tc后会发生相变转为顺磁体，铁磁性吸波功能消失。而电阻损耗型的碳系材料、导电聚合物在1000～2200℃下，会发生高温氧化、热分解。

因此目前高温环境下工作的吸波材料的研究主要集中在陶瓷基复合材料。最为普遍使用的半导体材料碳化硅陶瓷由于其吸波频带窄，用作飞行器的高温吸波材料还有很大挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种含铪硅硼碳氮高温吸波陶瓷及其制备方法和应用，本发明提供的含铪硅硼碳氮吸波陶瓷耐高温、高温下吸波频带宽。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含铪硅硼碳氮高温吸波陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将二氯甲基乙烯基硅烷与硼烷二甲基硫醚混合，进行加成反应，得到多官能度活性单体；

将所述多官能度活性单体、二氯甲基硅烷和六甲基二硅氮烷混合，进行聚合反应，得到含Si–H的超支化聚硼硅氮烷前驱体；

将所述含Si–H的超支化聚硼硅氮烷前驱体、四(二乙基氨基)铪和超干溶剂混合，进行交联反应，得到含铪聚硼硅氮烷前驱体；

在惰性气体氛围下，将所述含铪聚硼硅氮烷前驱体进行热解反应，得到含铪硅硼碳氮高温吸波陶瓷。

优选的，所述二氯甲基乙烯基硅烷与硼烷二甲基硫醚的摩尔比为3～3.3:1。

优选的，所述硼烷二甲基硫醚、二氯甲基硅烷、六甲基二硅氮烷的摩尔比为1:1:(4～6)。

优选的，所述聚合反应的温度为160～200℃，时间为3～5h。

优选的，所述含铪聚硼硅氮烷前驱体中，四(二乙基氨基)铪的质量含量为1～40％。

优选的，所述交联反应包括第一交联和第二交联，所述第一交联的温度为80～100℃，保温时间为3～5h；

所述第二交联的温度为300～400℃，保温时间为2～4h。

优选的，所述热解反应的温度为1000～1100℃，保温时间为2～4h。

本发明提供了上述制备方法制备得到含铪硅硼碳氮高温吸波陶瓷。