孔隙梯度結構氮化硅陶瓷的冷噴涂成型、無壓燒結及其性能研究.pdf

1、隨著航空航天技術與現(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展，對透波材料性能要求不斷提高，要求材料具有較好的力學性能、較低的熱導率和超寬頻帶范圍內(nèi)高的透波率。由于氮化硅（Si3N4）陶瓷是結構陶瓷中綜合性能最好的材料之一，其作為透波材料已受到國內(nèi)外學者的重視。本文針對透波材料高強度高透波率的要求，提出了具有孔隙梯度結構的陶瓷基透波材料。本文首次將先進的冷噴涂成型技術與低成本的無壓燒結技術有機結合制備了具有孔隙梯度結構的Si3N4陶瓷透波材料。
　　首

2、先，制備了高孔隙率的Si3N4多孔陶瓷。采用無壓燒結技術于1300℃氮氣氣氛下，制備了低介電常數(shù)的氮化硅納米線（SNNWs）增強的Si3N4多孔陶瓷，研究了SNNWs含量對孔隙率、力學性能和介電性能的影響及增強機制。結果表明：材料的孔壁及淀粉燃盡形成的孔隙內(nèi)產(chǎn)生了長度<50nm且直徑2.5~10nm的SNNWs；材料的孔隙率50~55％，抗彎強度19MPa~39MPa，介電常數(shù)2.9~3.3，隨SNNWs含量的增加，抗彎強度先急劇增加后

3、減小，而孔隙率和介電常數(shù)分別緩慢減少和增加；SNNWs增強的 Si3N4多孔陶瓷的增強機制為拔出效應及能量吸收效應。
　　其次，制備了系列不同孔隙率且厚度及孔隙率可控的Si3N4陶瓷涂層。先制備了低粘度和高固相量的 Si3N4漿料，以 MgO-Al2O3-SiO2作為燒結助劑，再采用噴涂漿料的冷噴涂成型及無壓燒結制備了厚度及孔隙率可控的Si3N4陶瓷涂層，研究了燒結助劑含量和冷噴涂工藝參數(shù)（噴涂壓力、噴涂距離和噴涂時間）對涂層表面

4、形貌、微觀結構、厚度和孔隙率的影響及結合強度。結果表明：當Si3N4漿料中pH值8、分散劑0.6wt.％和固相量40wt.％時，其粘度為41mPa·s且分散性及穩(wěn)定性好，適用于冷噴涂；最佳冷噴涂工藝參數(shù)為噴涂壓力0.8MPa和噴涂距離12cm；通過調(diào)控燒結助劑含量和冷噴涂工藝參數(shù)，制備了孔隙率5~33％，厚度5~428μm和結合強度12~58 M P a的Si3N4陶瓷涂層，結合強度隨著涂層厚度的增加而減小，涂層與基體結合良好且界面處無