[發明專利]一種陶瓷基透波材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710016223.7
• 申請日: 2007-07-26
• 公開（公告）號: CN101100368A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 耿浩然;張明習;侯憲欽;呂振宇
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B35/01
• 分類號: C04B35/01;C04B35/447;C04B35/81;H01Q1/42
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所
• 代理人: 李桂存

一、技術領域

本發明屬于特種功能陶瓷材料技術領域，特別涉及到一種用于制作天線罩的陶瓷基透波材料及其制備方法。

二、背景技術

透波材料是研制天線罩的基礎，材料的介電性能是選擇材料的主要依據，要求材料具有低介電常數(ε＜10)和介電損耗。飛行器高速飛行時的氣動加熱會在天線罩內部產生很大的熱應力，因此，天線罩材料必須具有很低的線膨脹系數和優良的抗熱沖擊的能力。同時，為了承受飛行器高速飛行時由過載產生的各種應力，所選用的天線罩材料強度要高，要具有一定的剛性。而且，材料必須有足夠表面硬度和斷裂韌性，使其具有抗雨蝕和抗沙蝕能力。一般材料在高溫工作條件下，其介電特性和強度可能會發生明顯的變化，因此，天線罩材料的各項性能隨溫度變化的影響越小越好。

國外發達國家對天線罩材料及其制備工藝進行了大量的研究，取得了顯著進展，一些新材料及制備工藝已達到了實用化水平。用于制造天線罩的透波材料主要有有機材料和無機非金屬材料兩大類。有機類透波材料的強度高、材料可設計性強，但其應用受到基體樹脂的耐熱性能的限制，只能應用于低馬赫數飛行器上。于是各國逐漸把研究的注意力集中于無機非金屬材料方面，包括玻璃陶瓷、石英陶瓷及氮化硅陶瓷等，但這類材料明顯存在著脆性大、力學強度低及介電性能穩定差等缺點，其應用受到很大的限制。

后來，各國又把目光投向了磷酸鹽體系透波材料。磷酸鹽體系透波材料具有介電性能優異、生產成本低、成型工藝簡單、生產周期短的特點，是新一代天線罩材料的首選。目前，磷酸鹽復合材料能夠獲得實際應用的主要是硅質纖維增強磷酸鋁、磷酸鉻及磷酸鉻鋁復合材料。生產時，首先將纖維織物預處理，然后用磷酸鹽真空浸漬，最后在一定溫度和壓力下固化成型。但是，在制備過程中需要控制合成磷酸鹽合適的摩爾比，并且選擇合適的pH值對纖維進行保護處理，這對實際生產造成了不小的困難。

三、發明內容

本發明的目的在于提供一種耐熱性、耐燒蝕性、力學性能和介電性能好的陶瓷基復合材料；同時提供材料制備方法。

本發明所述的陶瓷基復合材料是由硼酸鋁晶須及磷酸鋁粉體配制而成，其原料重量百分比為：15～65％硼酸鋁晶須、35％～85％磷酸鋁。本發明材料的最佳原料配比為：硼酸鋁晶須30～50％，磷酸鋁50％～70％。

該發明材料的制備工藝如下：

(1)按配比稱量硼酸鋁晶須、磷酸鋁原料，然后與適量的蒸餾水混合成漿料，進行球磨混料；

(2)將料球從硼酸鋁晶須、磷酸鋁及蒸餾水的混合物中濾出，將混好的原料放入干燥箱中烘干，溫度為60～90℃；

(3)將干燥后的原料放入研缽搗碎，并逐滴加入聚乙烯醇溶液，同時不斷研磨，然后放入30～40目的標準篩中過篩，將篩余存放，不成粒的繼續研磨，至全部成粒，之后將原料放入密封的試樣袋中陳腐24小時；

(4)將陳腐后的原料冷壓成型，壓強為100～300MPa，保壓時間為1～5分鐘；

(5)將壓制好的試樣放入干燥箱中加熱到60～90℃溫度，干燥24小時；

(6)將干燥后的試樣在常壓下燒結，設備選用高溫電阻爐，燒結溫度為850～1400℃，保溫1～3小時，然后在爐內自然冷卻降至室溫，制備成陶瓷基透波復合材料。

上述本發明的制備方法，所述步驟(1)中，球磨設備選用高能行星式球磨機，球磨所用料球為剛玉球，球磨時間為5～60分鐘，球磨機轉速為200～400轉/分鐘。

上述本發明的制備方法，所述步驟(3)中，聚乙烯醇溶液的重量百分濃度為5％，加入量為原料總重量的3～15％。

經試驗檢測，本發明材料的技術性能指標為：

密度：1.50～2.35g/cm³，室溫抗彎強度：100～300MPa，維氏硬度：30～300MPa，熱膨脹系數：3～5×10^-6/℃，介電常數：2.7～4.3，介電損耗角正切值tgθ：0.008～0.03。

本發明選用硼酸鋁晶須作為增強體，該晶須的化學性質基本為中性，基本不溶于酸、堿溶液中。硼酸鋁晶須具有較低的介電常數，高的彈性模量，良好的強度，耐熱性，耐化學藥品性，耐酸性，電絕緣性和中子吸收性能，符合作為本發明材料增強相的要求，而且其價格相對較低，有利于降低生產成本。本發明材料具有良好的力學性能和介電性能，能夠滿足透波應用要求。

本發明的制備方法簡單易行，便于生產實施。

四、具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作具體的說明，如無其它說明，組成配比均為重量百分比。

發明實例1