[发明专利]一种陶瓷基透波材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于特种功能陶瓷材料技术领域，特别涉及到一种用于制作天线罩的陶瓷基透波材料及其制备方法。

二、背景技术

透波材料是研制天线罩的基础，材料的介电性能是选择材料的主要依据，要求材料具有低介电常数(ε＜10)和介电损耗。飞行器高速飞行时的气动加热会在天线罩内部产生很大的热应力，因此，天线罩材料必须具有很低的线膨胀系数和优良的抗热冲击的能力。同时，为了承受飞行器高速飞行时由过载产生的各种应力，所选用的天线罩材料强度要高，要具有一定的刚性。而且，材料必须有足够表面硬度和断裂韧性，使其具有抗雨蚀和抗沙蚀能力。一般材料在高温工作条件下，其介电特性和强度可能会发生明显的变化，因此，天线罩材料的各项性能随温度变化的影响越小越好。

国外发达国家对天线罩材料及其制备工艺进行了大量的研究，取得了显著进展，一些新材料及制备工艺已达到了实用化水平。用于制造天线罩的透波材料主要有有机材料和无机非金属材料两大类。有机类透波材料的强度高、材料可设计性强，但其应用受到基体树脂的耐热性能的限制，只能应用于低马赫数飞行器上。于是各国逐渐把研究的注意力集中于无机非金属材料方面，包括玻璃陶瓷、石英陶瓷及氮化硅陶瓷等，但这类材料明显存在着脆性大、力学强度低及介电性能稳定差等缺点，其应用受到很大的限制。

后来，各国又把目光投向了磷酸盐体系透波材料。磷酸盐体系透波材料具有介电性能优异、生产成本低、成型工艺简单、生产周期短的特点，是新一代天线罩材料的首选。目前，磷酸盐复合材料能够获得实际应用的主要是硅质纤维增强磷酸铝、磷酸铬及磷酸铬铝复合材料。生产时，首先将纤维织物预处理，然后用磷酸盐真空浸渍，最后在一定温度和压力下固化成型。但是，在制备过程中需要控制合成磷酸盐合适的摩尔比，并且选择合适的pH值对纤维进行保护处理，这对实际生产造成了不小的困难。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热性、耐烧蚀性、力学性能和介电性能好的陶瓷基复合材料；同时提供材料制备方法。

本发明所述的陶瓷基复合材料是由硼酸铝晶须及磷酸铝粉体配制而成，其原料重量百分比为：15～65％硼酸铝晶须、35％～85％磷酸铝。本发明材料的最佳原料配比为：硼酸铝晶须30～50％，磷酸铝50％～70％。

该发明材料的制备工艺如下：

(1)按配比称量硼酸铝晶须、磷酸铝原料，然后与适量的蒸馏水混合成浆料，进行球磨混料；

(2)将料球从硼酸铝晶须、磷酸铝及蒸馏水的混合物中滤出，将混好的原料放入干燥箱中烘干，温度为60～90℃；

(3)将干燥后的原料放入研钵捣碎，并逐滴加入聚乙烯醇溶液，同时不断研磨，然后放入30～40目的标准筛中过筛，将筛余存放，不成粒的继续研磨，至全部成粒，之后将原料放入密封的试样袋中陈腐24小时；

(4)将陈腐后的原料冷压成型，压强为100～300MPa，保压时间为1～5分钟；

(5)将压制好的试样放入干燥箱中加热到60～90℃温度，干燥24小时；

(6)将干燥后的试样在常压下烧结，设备选用高温电阻炉，烧结温度为850～1400℃，保温1～3小时，然后在炉内自然冷却降至室温，制备成陶瓷基透波复合材料。

上述本发明的制备方法，所述步骤(1)中，球磨设备选用高能行星式球磨机，球磨所用料球为刚玉球，球磨时间为5～60分钟，球磨机转速为200～400转/分钟。

上述本发明的制备方法，所述步骤(3)中，聚乙烯醇溶液的重量百分浓度为5％，加入量为原料总重量的3～15％。

经试验检测，本发明材料的技术性能指标为：

密度：1.50～2.35g/cm³，室温抗弯强度：100～300MPa，维氏硬度：30～300MPa，热膨胀系数：3～5×10^-6/℃，介电常数：2.7～4.3，介电损耗角正切值tgθ：0.008～0.03。

本发明选用硼酸铝晶须作为增强体，该晶须的化学性质基本为中性，基本不溶于酸、碱溶液中。硼酸铝晶须具有较低的介电常数，高的弹性模量，良好的强度，耐热性，耐化学药品性，耐酸性，电绝缘性和中子吸收性能，符合作为本发明材料增强相的要求，而且其价格相对较低，有利于降低生产成本。本发明材料具有良好的力学性能和介电性能，能够满足透波应用要求。

本发明的制备方法简单易行，便于生产实施。

四、具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作具体的说明，如无其它说明，组成配比均为重量百分比。

发明实例1