BN-SiO2復合材料的可控制備與性能研究.pdf

1、近年來隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的飛速發(fā)展，高超音速導彈已經(jīng)成為各國軍事科技的重點研究對象，高超音速導彈的發(fā)展對導彈天線罩材料提出了更苛刻的要求。因此，制作該導彈天線罩的電磁波透過材料必須具備強度高、韌性好、耐高溫、耐燒蝕、抗熱震、介電常數(shù)低的特點，同時具有良好的力學性能、熱學性能與介電性能。二氧化硅基復合陶瓷材料具有較好的力學性能、熱學性能以及優(yōu)良的介電性能，因而已成為制作高超音速導彈天線罩的重要候選材料。
　　本論文將氮化硼顆粒、氮化硼

2、納米管和納米氧化鋁作為添加相添加到二氧化硅基體中熱壓制備了BNp/SiO2復合材料、BNNTs/SiO2復合材料以及Al2O3-BNp-SiO2復合材料三種不同材料體系的SiO2陶瓷復合材料二氧化硅復合材料，研究了各復合材料的力學性能、熱學性能和介電性能，并分析了添加相對其性能改變的影響機理。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)在SiO2基體中添加不同質(zhì)量分數(shù)的BNp，運用熱壓燒結(jié)成功制備了BNp/SiO2復合陶瓷。復合陶瓷的彎曲

3、強度和斷裂韌性都得到了提高，在所有研究的組分中7wt％BNp/SiO2復合材料彎曲強度提高最大，彎曲強度與斷裂韌性分別較純SiO2陶瓷提高了239％與129％，達到了123MPa與1.60MPa·m1/2;7wt％BNp/SiO2復合材料的高溫彎曲強度隨溫度先降低后升高，在1000℃到達最高144MPa，主要是因為BN氧化生成B2O3與SiO2生成玻璃相促使晶界軟化;7wt％BNp/SiO2復合材料在292K下導熱系數(shù)為3.82W/(m

4、·K)，比熱容為0.382kJ/(kg·K)，在0～900℃范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)為1.8×10-5K-1，熱震后的殘余彎曲強度在超過200℃后出現(xiàn)大幅度下降，1700～1900℃的火焰燒蝕后質(zhì)量損失率為1.0×10-3g/s;在26.5～30GHz的頻率下，7wt％BNp/SiO2復合材料的平均介電常數(shù)為3.44左右。
　　(2)在SiO2基體中添加不同質(zhì)量分數(shù)的BNNTs，運用熱壓燒結(jié)成功制備了BNNTs/SiO2復合陶瓷。在研究

5、的組分中4wt％BNNTs/SiO2復合材料彎曲強度提高最大，彎曲強度與斷裂韌性分別較純SiO2陶瓷提高了271％與187％到達134MPa與2.01MPa·m1/2;4wt％BNNTs/SiO2復合材料的高溫彎曲強度隨溫度先降低后升高，在1000℃到達最高134MPa，然后稍有降低，在1200℃出現(xiàn)脆性-延性的轉(zhuǎn)變;4wt％BNNTs/SiO2復合材料在292K下導熱系數(shù)為2.27W/(m·K)，比熱容為0.227kJ/(kg·K)，

6、在0～900℃范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)為1.1×10-5K-1;在26.5～30GHz的頻率下，復合材料介電常數(shù)較穩(wěn)定，4wt％BNNTs/SiO2復合材料的平均介電常數(shù)為3.43左右。
　　(3)在SiO2基體中添加不同質(zhì)量分數(shù)的亞微米BNp與納米Al2O3，運用熱壓燒結(jié)成功制備了Al2O3-BNp-SiO2復合陶瓷。與純SiO2陶瓷相比，添加7wt％BNp和3wt％Al2O3的復合材料力學性能表現(xiàn)最為優(yōu)異，彎曲強度與斷裂韌性分別提高

7、了265％和310％，達到了136MPa與2.87MPa·m1/2;添加7wt％BNp和3wt％Al2O3的復合材料的高溫彎曲強度隨溫度呈現(xiàn)下降-上升-下降的趨勢，在1000℃到達最高147MPa，在1200℃發(fā)生脆性-延性的轉(zhuǎn)變;在292K下的導熱系數(shù)為4.57W/(m·K)，比熱容為0.457kJ/(kg·K)，在0～900℃范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)為1.0×10-5K-1，300℃熱震后的殘余彎曲強度出現(xiàn)大幅下降，在1700～1900℃

8、火焰燒蝕后質(zhì)量損失率為3.1×10-3g/s;在26.5～30GHz頻率下，復合材料介電常數(shù)波動正常，添加7wt％BNp和3wt％Al2O3的復合材料的平均介電常數(shù)為3.43。
　　(4)通過本論文的研究不僅實現(xiàn)了強度高、介電性能好的SiO2復合陶瓷的制備，而且在系統(tǒng)研究SiO2復合陶瓷的基礎(chǔ)上，闡明了Al2O3、BNp和BNNTs對SiO2復合陶瓷的力學性能、熱學性能以及介電性能的影響，為將來的高性能SiO2復合陶瓷的設(shè)計和制備