[发明专利]一种透波纤维增韧氮化硼陶瓷基透波复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透波纤维增韧氮化硼陶瓷基透波复合材料的制备方法，具体涉及一种采用化学气相渗透法制备透波纤维增韧氮化硼陶瓷基透波复合材料的方法。

背景技术

氮化物陶瓷是新一代高性能导弹天线罩的理想候选材料，然而氮化物陶瓷固有的缺陷（如：致密的氮化硅陶瓷介电常数偏高、烧结困难；氮化硼陶瓷烧结困难、机械性能差、抗雨蚀性能差等），限制了其在导弹天线罩领域的实际应用。对此，目前国内外多采用制备氮化物陶瓷基复合材料或氮化物复相陶瓷的方法解决上述问题。其中，纤维增韧氮化物陶瓷基复合材料能够提高陶瓷基体材料强度、韧性和抗热震性能，具有更强的优势。

值得注意的是，此类材料的可设计性强，但制备工艺尚不成熟。因此，优化设计复合材料的组分与结构，并采用满足设计要求的制备方法，是复合材料优异性能的前提和保障，也是目前的研究重点。

文献1“T.M Place,Low loss radar window forreentry vehicle,US,4786548[P].1988”公开了一种制备了三维正交氮化硼纤维织物增强氮化硼基复合材料(3D BN_f/BN)。该材料经1700℃处理和1800℃热压成型,所制备材料的相对介电常数为2.86～3.19，(测试频率：9.375GHz)。此方法采用热压法，对生产设备和工艺条件要求高，而且高达1800℃的制备温度对纤维的损伤大。

文献2“李斌，氮化物陶瓷基耐烧蚀、透波复合材料及其天线罩的制备与性能研究[D]。长沙:国防科技大学，2007”公开了一种PIP工艺制备三维石英纤维编织物增强氮化物陶瓷基体透波复合材料的方法，其在800℃制备的复合材料基体以氮化硼为主要成分，并含有少量的氮化硅，相对介电常数为3.31-3.34。但分析显示：其基体材料完全陶瓷化温度高（1600℃）；材料致密不高(纤维束周围存在空隙)；制备过程中对石英纤维仍然有较大损伤。文献2中所采用的制备工艺限制了陶瓷基体的完全陶瓷化和致密化程度，不利于提高材料的力学与抗烧蚀等性能。同时，采用石英纤维为增强体时，800℃的制备温度仍有继续降低的必要。

综上所述，目前尚无采用化学气相沉积法制备纤维增韧氮化物陶瓷基复合材料的制备方法的报道。而且，已报道制备方法主要存在高的制备温度对纤维造成损伤，基体的致密程度及陶瓷化程度低等问题。

发明内容

为克服纤维增韧氮化硼陶瓷基复合材料制备温度高、基体陶瓷化程度和致密度低的不足。本发明提供一种采用化学气相渗透法制备纤维增韧氮化硼（BN）陶瓷基透波复合材料的方法。

一种透波纤维增韧氮化硼陶瓷透波复合材料的制备方法,该方法依次包括以下步骤：

（1）将透波纤维预制体放入带丙酮的密封高压釜，加热至80-100℃，保温1-2h，除去表面污染物；将丙酮清洗后的纤维，在空气气氛下置于马弗炉中，升至400-600℃，保温2-4h后随炉冷却，除去纤维表面涂层；

（2）将预制体放入BN沉积炉中，同时通入三氯化硼BCl₃、氨气NH₃，稀释气体氩气Ar和催化气体氢气H₂；BCl₃流量为10-40ml/min，NH₃流量为30-70ml/min，Ar流量为30-50ml/min，H₂流量为70-110ml/min；保持炉内压力为1kPa-7kPa，在650°C-900°C温度范围内沉积BN基体，沉积时间为50h-200h，得到透波纤维增韧BN陶瓷透波复合材料。

所述透波纤维预制体为采用二维纤维预制体、二点五维纤维预制体或三维编织预制体。

所述预制体中的纤维为玻璃纤维、石英纤维、BN纤维或Si₃N₄纤维。

本发明提出的采用化学气相渗透法制备透波纤维增韧BN陶瓷透波复合材料的方法，首先，采用透波纤维织物作为预制体。清洗并热处理纤维预制体（去除纤维表面的胶和杂质），采用BCl₃-NH₃-Ar-H₂先驱气体体系，通过化学气相渗透制备透波性良好的BN基体，得到透波纤维增韧BN陶瓷透波复合材料。

本发明的有益效果为：（1）有效降低了材料的制备温度，针对不同的纤维选用合适的制备温度，减小了对纤维的损伤。（2）化学气相渗透法制备氮化物陶瓷基体致密均匀，从而能有效的承载并保护纤维（3）所制备BN基体陶瓷化程度和纯度高，透波性能优异。

附图说明