[发明专利]一种镁铝尖晶石基透波隔热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁铝尖晶石基透波隔热材料及其制备方法。是将尖晶石粉体与去离子水、分散剂混合，并掺入一定量的钛白粉或纳米气相SiO₂，行星球磨后得到陶瓷浆料悬浮液；再将固定比例的有机单体、交联剂、催化剂、发泡剂和稳泡剂加入悬浮液中，超声搅拌均匀后，采用机械搅拌法发泡，并加入一定量的流变剂调节浆料粘度，达到指定发泡量后加入引发剂，使浆料发生原位聚合反应并固化。

技术领域

本发明属于功能陶瓷技术领域，具体涉及一种镁铝尖晶石基透波隔热材料及其制备方法。

背景技术

透波材料是指在微波场中电磁波透过率大于70%的一类功能材料，可用于制作雷达天线罩、高能陀螺仪的窗口材料、一些诊疗仪器的透波材料以及用于微波通讯设施中等等，是在航空航天领域尤其是保护飞行器在恶劣环境下通讯、遥测、制导、引爆等系统正常工作的一种重要的介质材料。目前主要的高温透波材料的研究主要集中在石英陶瓷和氮化硅陶瓷材料，但石英陶瓷在1200℃以上介电损耗显著提升，不适用于作为更高温度的透波材料。Si₃N₄陶瓷在1300℃以上时易出现裂化、且成本高，不适用于大规模使用。目前主要研究的透波材料还有SiBN 陶瓷，其兼具 Si₃N₄和BN 陶瓷的优点，但在氧化气氛中易出现开裂或鼓泡现象，抗氧化性差，高温稳定性也较差，且制备工艺复杂成本很高。 因此开发低成本透波隔热材料具有重大的实际意义。10GHz波段上，由于MA单晶的声衰减比蓝宝石或石英低得多，因此可作为介质制作微波声体波器件。开发镁铝尖晶石材料对于透波材料也具有重要意义。

传统的陶瓷件成型工艺如干压、模压 、注浆 、注射等成形方法愈来愈满足不了现在对复杂陶瓷件的要求。凝胶注模法能够成形出密度均匀 、形状尺寸精度高的成形体, 而且成形工艺简单, 成本低廉，是现代陶瓷材料的一个重要的成型方法。

目前凝胶注模工艺的方法也有各种各样的工艺，如已发表的论文“凝胶注模成型刚玉-尖晶石多孔陶瓷的制备” 采用萘、淀粉、聚乙烯醇作为造孔剂，用凝胶注模成型方法制备出一系列刚玉尖晶石多孔陶瓷经过排胶、烧结等步骤，制得多孔陶瓷。但其制得的最高气孔率只有52.8%，体积密度为1.84g/cm³，远小于本发明所制备出来的气孔率。

如已发表的论文“低介电常数多孔氮化硅陶瓷的制备”采用凝胶注模成型工艺，凝胶体系交联单体采用丙烯酰胺（AM），交联剂为N,N′－亚甲基双丙烯酰胺（MBAM），分散剂为聚丙烯酸胺（PAA-NH₄），引发剂为过硫酸铵（APS），催化剂为四甲基乙二胺（TEMED），用浓氨水调节料浆的PH值，以SiO₂含量大于等于95％的空芯玻璃微珠作造孔剂，通过控制造孔剂的加入量和调节造孔剂的孔径成功制备出低介电常数、高强度的多孔Si₃N₄陶瓷。但Si₃N₄陶瓷在1300℃以出现氧化裂化现象，而且成本高，工艺较为复杂，限制了大范围推广使用。

如公开号为CN 102659398 A 的专利，公布了一种轻质镁铝尖晶石隔热材料的方法，将氧化铝粉与菱镁矿粉或氧化镁粉为主要原料，加入水、发泡剂、有机单体、交联剂搅拌制备泡沫浆料，再加入催化剂和引发剂凝胶注模成型，在经过干燥烧结得到多孔陶瓷。此方法没有加入分散剂并球磨得到分散良好且混合均匀的陶瓷浆料，影响后续制备多孔陶瓷的性能。缺少稳泡剂和流变剂来调节浆料的粘度并控制气泡大小与数量，制得的多孔陶瓷孔隙分布不均，且大小差异较大，孔隙较大也使得多孔陶瓷的力学性能和隔热性能较差。