[发明专利]硼酸盐系晶须增强的磷酸铝陶瓷透波材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种经硼酸盐系晶须增强的用于制作天线罩的陶瓷透波材 料及其制备方法，属于特种功能陶瓷材料技术领域。

背景技术

透波材料是研制天线罩的基础，要满足介电性能、力学性能、三防、 寿命、工艺性和重量等要求。材料的介电性能是选择材料的主要依据，要 求材料具有尽可能低的介电常数(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，材料必须有足够的强度、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。

用于制造天线罩、天线窗的透波材料主要有有机材料和无机非金属材 料两大类。有机类透波材料主要是指各种纤维增强的树脂基体复合材料， 这类材料的强度高、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。无机非金属材料主要分为陶瓷材 料、氧化硅基复合材料、氮化硼/氮化硅陶瓷和磷酸盐基复合材料。陶瓷材 料主要优点是强度高，硬度大，不存在雨蚀问题；缺点在于热膨胀系数和 弹性模量高，导致抗热冲击性能差，工艺复杂。氧化硅基复合材料具有良 好的介电性能，突出的抗热震性能和较低的密度；但其力学强度太低，抗 雨蚀性能差，且呈脆性断裂，从而限制了其应用。氧化氮陶瓷氮化硼/氮化 硅陶瓷具有优异的高温强度和耐氧化稳定性能，具有较低的热膨胀系数和 良好的抗热震性能，还具有优异的抗核损伤性能以及介电性能和阻隔金属 扩散的性能；但其制备工艺复杂，且产品价格昂贵限制了其应用。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。

专利200710016223.7公开了一种陶瓷基透波材料及其制备方法，该发 明以硼酸铝晶须增强磷酸铝陶瓷透波材料，使该材料具有良好的力学和介 电性能。但是该材料用在高频率电波和高速飞行器上有一定的不足。对于 高频率电波和高速飞行器而言，需要更高的力学性能和更好的介电性能， 介电性能越好越有利于提高接受和发射信号的灵敏度，另外，透波材料的 密度越低越好，因此，它们对透波材料的密度、力学性能和介电性能提出 了更高的要求。此外，在该发明的制备方法中，压制烧结时易出现变形甚 至开裂现象，影响材料的成品率和性能质量。

发明内容

本发明为了克服上述不足，提供了一种硼酸盐系晶须增强的磷酸铝陶 瓷透波材料，该材料具有更好的成型性，其耐热性、耐烧蚀性、力学性能 和介电性能也很好。除此以外，本发明还提供了该硼酸盐系晶须增强的磷 酸铝陶瓷透波材料的制备方法，该方法操作简单，易于生产实施。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种硼酸盐系晶须增强的磷酸铝陶瓷透波材料，由磷酸铝粉体、硼酸 铝晶须和硼酸镁晶须配制而成，原料重量百分配比为：硼酸铝晶须20～ 40％，硼酸镁晶须5～30％，磷酸铝30％～75％。

上述原料的优选重量百分配比为：硼酸铝晶须20～30％，硼酸镁晶须 5～15％，磷酸铝50％～70％。

上述硼酸盐系晶须增强的磷酸铝陶瓷透波材料的制备方法，包括以下 步骤：

(1)混料：按配比称取硼酸铝晶须、硼酸镁晶须和磷酸铝，将它们 与适量的蒸馏水混合成浆料，进行球磨混料；

(2)烘干：将料球自浆料中滤出，然后将浆料烘干；

(3)造粒：将烘干的原料放入研钵中，逐滴加入聚乙烯醇溶液的同 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，然后将成粒的原料放入密封的试样袋中陈腐。

(4)成型：将陈腐后的原料冷压成型；

(5)干燥：将压制好的试样进行干燥；