[发明专利]一种莫来石晶须原位增韧磷酸铬铝透波材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增韧材料制备，特别涉及一种莫来石晶须原位增韧磷酸铬铝透波材料的制备方法，本发明制备的透波材料适用于飞行器天线罩、天线窗以及雷达天线罩等透波材料领域。

背景技术

透波材料发展到今天，先后经历了纤维增强塑料、氧化铝陶瓷、微晶玻璃、二氧化硅基、氮化物基。随着飞行器飞行速度的不断提高，带来了更为严重的气动力和气动加热问题，因此透波材料必须满足：耐高温、承载、透波等要求。塑料等有机体系由于其耐温能力有限，不能满足高温透波材料的需要；氧化铝体系脆性较大，高温稳定性差，使用温度≤1000℃；微晶玻璃体系熔点低、成型困难、高温介电性能差限制了在高速飞行器上的使用。目前高温透波材料领域研究主要集中在氮化物基和二氧化硅基，以氮化硅和石英纤维增强二氧化硅为代表。然而氮化硅具有较高的介电常数(6～8)和介电损耗(>0.002)，密度3.44g/cm³，且烧结困难，尚处于研究阶段；二氧化硅具有良好的电气性能和抗热冲击性，介电常数3～4，综合性能优异，但抗雨蚀及粒子侵蚀能力差、强度低，当使用温度 >1300℃时，难以满足高温透波材料强度和可靠性要求。

磷酸铝系材料具有良好地抗化学侵蚀、耐高温和良好地化学相容性，被广泛的应用于催化、耐火和密封领域。磷酸铝具有较低的密度（2.56g/cm³）和介电常数(3～6)，其物理化学性质同二氧化硅相似，是透波材料领域候选之一，特别是磷酸铬铝材料。然而其较大的脆性却限制了在高温透波材料中的应用，因此如何解决脆性问题、提高磷酸铬铝材料韧性是关注的一个焦点。

现有技术中，针对磷酸铬铝材料脆性问题的改进有两大体系：连续纤维增韧和晶须增韧磷酸铬铝透波复合材料。

连续纤维增韧磷酸铬铝透波复合材料具有优良的力学性能。Dong-Pyo Kim等研究了玻璃纤维增韧聚合物型磷酸铬铝（Al₃Cr(H₂PO₄)x=9,12）的力学性能，以Al₂O₃、Cr₂O₃为填料，采用热压工艺在150～200℃下保温12h，获得了常温弯曲强度155.8 MPa的纤维复合材料；邓诗峰等分别以TEOS，MTEOS改性磷酸铝、磷酸铬铝粘接剂，并以玻璃纤维、石英纤维为增韧相，经热压处理后常温弯曲强度分别达到80.6MPa和149.3MPa；Robert A. Marra等开发了一种碳化硅纤维增韧磷酸铬铝透波复合材料，其处理温度在177~371℃之间，获得了在1100℃仍保持100MPa的纤维复合材料；王新鹏等同样以碳化硅纤维为增韧相，α-Al₂O₃为填料增强磷酸铝，样品经580℃热压处理后常温弯曲强度达到310MPa。然而采用碳化硅纤维须进行抗氧化处理，工艺复杂，成本高且显著提高材料的介电常数，硅质纤维增韧磷酸盐材料由于纤维本身耐温度和加热后磷酸铬铝对纤维的侵蚀限制了该系列材料的使用温度范围。

近几年，晶须补强增韧磷酸铝基高温透波材料得到一定发展。晶须增韧材料基于多相复合陶瓷技术，制品须经高温烧结制得。高温烧结可有效解决磷酸铬铝材料吸潮问题，可更好的利用其高温特性。文献显示，我国较早开展了这方面的研究工作，主要集中在硼酸铝晶须增韧磷酸铝材料上，吕震宇等以长径比10～35的硼酸铝晶须、化学纯结晶磷酸铝为原料，经球磨后采用常压烧结工艺制备硼酸铝晶须增韧磷酸铝基透波材料，最终制品常温弯曲强度109.9MPa，介电常数3.02。王河等研究了SiO₂对上述硼酸铝晶须增韧磷酸铝材料的影响，发现SiO₂的加入显著提高了材料的强度和硬度，该方法采用结晶型磷酸铝为原料易造成制品开裂，增加工艺难度。2010年王犇等以磷酸铬铝溶液为前驱体，混合氮化硅粉末，并自制硼酸铝晶须为增韧相，最终制品弯曲强度仅为79MPa。上述两种方法均采用外加晶须的办法，难以实现晶须在基体内均匀分布，从而降低材料致密度并最终影响增韧效果，加之硼酸铝晶须熔点较低，同样限制了其使用温度范围。