[发明专利]新型透波隔热功能一体化SiO2-Si3N4复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别涉及一种新型的透波隔热功能一体化SiO₂-Si₃N₄复合材料及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷是一种新型的陶瓷材料，被称为绿色功能材料，是一种经高温烧成、体内有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料。其具有微孔或孔洞分布均匀、孔隙率较高、体积密度小，比表面积大及独特的表面物理特性，对液体和气体介质有选择的透过性，且具有能量吸收好阻尼特性，加之陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高的化学稳定性。以上特性使多孔陶瓷这一绿色材料可以在过滤、吸声减震、高级保温材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用。

多孔氮化硅陶瓷是多孔陶瓷中的一种，目前为止，多孔氮化硅陶瓷的坯体制备工艺主要有添加造孔剂、炭热还原、模板法等工艺，成品成型均需超高温，氮化成型过程复杂，不易控制，使制品成型有一定的难度，大尺寸的成品很少。氮化硅陶瓷本身强度很高，但具有很大的脆性，硬度较大，加工相对困难，限制了其应用领域。多孔氮化硅材料及其复合材料的制备研究刚刚起步，组成成分与孔隙率对其力学性能以及电气性能的影响尚未进入系统研究。相关文献表明孔隙的存在会降低机械强度，但是在某种程度上，却可以提高氮化硅的应变延迟以及断裂延伸率，提高其韧性。关于孔隙数量及孔径分布特征对氮化硅的性能影响尚未见有报道。对于多孔氮化硅复合材料组成体系的理论设计与试验设计的相关研究也很少，尚处于摸索阶段。多孔氮化硅陶瓷及其复合材料应用领域较窄，许多研究单位以及学者多把研究重点放在军工领域，而民用、工业及其它领域的应用研究尚属空白。这方面的研究有待进一步加强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的透波隔热一体化SiO₂-Si₃N₄复合材料，弥补现有技术的空白。

本发明采用的技术方案如下：

新型透波隔热功能一体化SiO₂-Si₃N₄复合材料，所述复合材料的导热系数为0.08～0.1W/m·K，介电常数ε=2.5～8、介电损耗tgδ<3×10^-3。所述复合材料的密度为0.4～1.3g/cm³ ，气孔率为63～82%。

本发明还进一步提供一种所述新型透波隔热功能一体化SiO₂-Si₃N₄复合材料的制备方法，先采用溶胶-凝胶法制备均匀包含Si₃N₄粉体的硅凝胶，然后进行冷冻干燥、烧结，即得所述新型透波隔热功能一体化SiO₂-Si₃N₄复合材料。

具体的，将正硅酸乙酯、乙醇、水充分混合，然后加入Si₃N₄粉、Al₂O₃粉、MgO粉后混合均匀，调节混合液PH值至9-10；之后进行恒温水浴，从30℃开始每12小时增加10℃；在40℃时加入二甲基甲酰胺，从50℃开始加入丙酮置换，每隔12小时置换一次，一共三次,之后得到均匀包含Si₃N₄粉体的硅凝胶。其中，加入丙酮置换出的是水，下次加入丙酮时，先把上次置换出的水除去。

其中，正硅酸乙酯：乙醇：水的体积比为23:35:3；体系中Si₃N₄粉的质量百分比为30～50%、Al₂O₃粉为5%、MgO粉为2%。

将得到的硅凝胶于-40～-20℃冷冻2h，之后进行升温干燥：从-20℃到80℃干燥60min，80℃恒温干燥9h。

于常压下，3h从0℃升温至300℃；之后再用3h从300℃升温至1200℃或1300℃，并保温55-65min。