[發明專利]一種抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011181278.5
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112341170B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 周軍;張大海;張敬義;劉曉明;張娟;曹淑偉
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/622;C04B35/628;C04B35/626;C04B35/447;C04B35/16;C04B35/10;C04B35/443;C04B35/185;C04B35/505;C04B35/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明涉及一種抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料及其制備方法，該陶瓷材料包含如下體積百分比含量的組份：介電常數≤10的氧化物陶瓷基體20％～92％；二氧化硅包覆的磷酸鋯鈣陶瓷8％～80％。該材料室溫?1000℃線膨脹系數介于0～0.3×10^?6/K范圍內，具有優良的抗熱沖擊性能，且介電和力學性能良好。本發明在低介電氧化物陶瓷材料中引入一定比例的經過納米二氧化硅包覆的磷酸鋯鈣陶瓷顆粒，通過空氣氣氛高溫熱處理，得到接近零膨脹系數的陶瓷材料。該方法基于成熟的陶瓷材料制備方法，操作簡單，周期短，成本低，工藝放大難度低，易于實現工程化。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，特別涉及一種抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

氧化物透波陶瓷材料，特別是氧化鋁、鎂鋁尖晶石等陶瓷材料，受其熱膨脹系數較大的影響，在經受快速升溫或降溫環境下，內部會產生極大的熱應力，從而造成材料破壞，導致其可靠性較差，嚴重限制了該類材料的工程應用范圍。因此，如果能夠把氧化物熱透波陶瓷材料的熱膨脹系數降低至零或接近零，則可大幅降低材料的熱應力，顯著提高該類材料在溫度急劇變化環境下的可靠性，從而拓寬其應用范圍。如何在降低材料熱膨脹系數的同時，保持其低介電的特性，同時使其具有較高的力學性能，是目前需要亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種氧化物透波陶瓷材料，該材料具有近似零膨脹系數、低介電以及良好的力學性能，可靠性大幅優于普通氧化物透波陶瓷材料，可用于嚴苛熱沖擊環境下(瞬間溫度變化≥1000℃)的透波窗口等應用領域。

本發明的另一個目的在于提供一種氧化物透波陶瓷材料的制備方法，采用復合陶瓷思路，在氧化物陶瓷中引入具有負膨脹系數且介電性能良好的陶瓷材料。

為實現上述發明目的，本發明提供如下技術方案：

一種抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料，包含如下體積百分比含量的組分：

氧化物透波陶瓷材料基體 20％～92％

二氧化硅包覆的磷酸鋯鈣陶瓷 8％～80％；

氧化物透波陶瓷材料基體的介電常數≤10。

在上述抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料中，氧化物透波陶瓷材料基體為石英、硅酸釔、鎂鋁尖晶石、莫來石、氧化鋁、氧化釔或氧化鈹中一種或一種以上組合。

在上述抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料中，磷酸鋯鈣陶瓷顆粒成分為晶態CaZr₄(PO₄)₆。

在上述抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料中，二氧化硅包覆的磷酸鋯鈣陶瓷顆粒粒徑為5～50微米，二氧化硅占所述二氧化硅包覆的磷酸鋯鈣陶瓷顆粒的體積百分比為5-20％。

上述一種抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備磷酸鋯鈣陶瓷顆粒；

(2)磷酸鋯鈣陶瓷顆粒表面包覆二氧化硅；

(3)在氧化物透波陶瓷基體材料粉體中混入二氧化硅包覆的磷酸鋯鈣陶瓷顆粒后成型；

(4)在空氣氣氛下熱處理后，得到抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料。

在上述抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料的制備方法中，步驟(1)中，制備磷酸鋯鈣陶瓷顆粒的具體過程如下：

在磷酸溶液中首先溶入含鈣化合物，隨后加入含鋯化合物，采用球磨或攪拌的方式混合均勻后干燥過篩，在空氣氣氛熱處理后，得到磷酸鋯鈣陶瓷顆粒。

在上述抗熱沖擊氧化物透波陶瓷材料的制備方法中，含鈣化合物為氫氧化鈣、氧化鈣或碳酸鈣中的一種或多種，所述含鋯化合物為氧化鋯、氫氧化鋯或碳酸鋯中的一種或多種。