[發明專利]氮化硼-氮化硅夾層寬頻透波材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811205941.3
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109231996B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 李端;李斌;于秋萍;高世濤;楊雪金;侯寓博
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/5835;C04B35/622;C04B38/00;C04B35/645
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張麗娟

本發明公開了一種氮化硼?氮化硅夾層寬頻透波材料的制備方法，包括以下步驟：以氮化硅陶瓷粉體為原料，采用凝膠注模法制得多孔氮化硅坯體；將多孔氮化硅坯體的上下表面鋪排氮化硼混合粉后采用放電等離子燒結工藝進行燒結，得到夾層陶瓷；將夾層陶瓷進行除碳處理，得氮化硼?氮化硅夾層寬頻透波材料。本發明制備的氮化硼?氮化硅夾層寬頻透波材料不開裂、層間結合好且微觀結構可調，可應用于高溫寬頻天線罩等透波部件。

技術領域

本發明涉及高溫透波復合材料領域，尤其涉及一種氮化硼-氮化硅夾層寬頻透波材料及其制備方法。

背景技術

反輻射導彈逐漸成為現代高科技戰爭中壓制防空系統、奪取戰場電磁優勢、充分發揮空襲武器裝備效能的重要手段。其導引頭需要工作在很寬的頻段范圍內以覆蓋雷達工作頻率（0.1～40 GHz），這就要求其具有良好的寬頻透波性能；而導彈在高速飛行中又承受著氣動載荷和環境粒子、雨流的沖刷等苛刻環境；同時，雷達導引系統還要滿足對功率傳輸系數、瞄準誤差和瞄準誤差斜率等電氣性能的要求，以順利完成精確制導及引爆等任務。這就對位于導彈頭部的天線罩及其材料提出了嚴苛要求，如耐高溫、寬頻帶、抗燒蝕、高承載、低瞄準誤差等。

天線罩獲得寬頻透波性能主要有兩種技術途徑：一是材料設計，即選擇介電常數和介電損耗極低的介質材料；二是結構設計，使其具有特殊的結構以滿足電性能要求。在材料方面，以氮化物陶瓷（氮化硅、氮化硼）為基本組成的陶瓷基復合材料天線罩綜合性能優異，可滿足應用需求。在結構設計方面，采用夾層結構是有效拓寬頻帶的方式，其原理是通過合理設計每層的介電常數、層數和厚度，使其產生的反射在一定頻帶范圍內能相互抵消，以致在所要求的整個頻帶內反射極小。

美國Boeing Aerospace公司利用反應燒結氮化硅制備的多倍頻寬帶天線罩罩壁結構分為兩層，即較薄的高密度氮化硅表層和較厚的低密度（0.6～1.8 g/cm³）氮化硅內層（F.H. Simpson, et al. Controlled density silicon nitride material.Proceedings of the 16th symposium on electromagnetic windows, Atlanta, GA,1982）。

美國空軍開發出具有三段結構的氮化硅寬頻天線罩，其前段密度為0.75～1.0 g/cm³，后部密度為1.6～2.0 g/cm³，中間段的密度居中。該天線罩材料通過加入一種填料，使其在高溫下升華形成多孔結構，通過控制加入填料的量來調節產物不同部位的密度（J.Verzemnieks, et al. Silicon nitride articles with controlled multi-densityregions. US Patent, 5103239, 1992）。

以色列也開發出具有雙層結構的氮化硅天線罩，通過液相無壓燒結和反應燒結工藝制得，其介電常數為2.5~8.0，損耗角正切低于3×10^-3，具有較好的力學性能及耐高溫、耐雨蝕、耐燒蝕性能（J. Barta, et al. Preparation and properties of siliconnitride for radome applications. Proceedings of the 16th symposium onelectromagnetic windows, Atlanta, GA, 1982）。

CN201611161843.5公開了一種氮化硅寬頻帶透波材料及其制備方法，包含7層材料，每層通過多層氮化硅薄膜疊加而成，而氮化硅薄膜則不同比例Si₃N₄、Al₂O₃、Y₂O₃、造孔劑和分散劑組成的漿料通過流延成型制備而成。