[发明专利]一种微米级氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种微米级氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用，属于氮化硅陶瓷技术领域；包括：S1.将单体、交联剂、引发剂与分散剂溶液混合为预混液；S2.向所述预混液中引入含氮化硅粉末、去离子水，得到浆料；S3.向所述浆料中加入浓氨水，再加入催化剂溶液，得到分散相溶液；浓氨水的体积用量为所述浆料体积量的2％‑6％，S4.将分散相溶液分散在连续相溶液内；S5.然后进行密封陈化、清洗、干燥和烧结。本发明能够最大化避免氧化硅等杂质相的生成，甚至生成纯氮化硅相，同时能大幅改善所得微球的球形度，且不会对生成物相组成造成破坏，并在微球内均匀分布了亚微米级别的孔隙，降低了材料的介电常数与介电损耗角正切值。

技术领域

本发明涉及氮化硅陶瓷技术领域，特别是指一种微米级氮化硅陶瓷微球及其制备方法和应用。

背景技术

氮化硅陶瓷具有较高的力学性能、良好的抗热震性、优良的介电性能和优异的耐雨蚀性等性能，作为一种透波性能极佳的材料可以保护航天器免受恶劣环境的影响，是最具发展前景的透波填料之一。由于β相氮化硅晶粒为棒状，无法制备出表面光洁的球形材料，所以目前氮化硅球形填料的制备以α相颗粒状为主。

氮化硅成形主要制备方法有惰性气体碳热还原法和凝胶成形法两种。惰性气体碳热还原的方法需要进行碳还原的步骤，后续烧结中会出现氧化硅等杂质，材料纯度与强度有待提高。而凝胶成形的方式存在制备所得样品球形度较差、微球尺寸差异较大等问题。作为填充材料时会导致涂层内应力增大，不利于对抗逐渐严苛的航天服役条件。

迄今为止，多数氮化硅材料制备以块状材料为主，关于球形氮化硅材料的研究报道不尽完善。ChenLu等人采用热射频等离子技术实现了径粒在5-50m多孔氮化硅材料的制备(LuC,FanJ,ZhangY,etal.PreparationofSilicon NitrideHollowQuasi-SpheresbyRFThermalPlasma[J].InternationalJournalof AppliedCeramicTechnology,2015.)，但微球球形度较差，不利于作为一种透波填料的应用。Jia-MinWu等人制备了外部形貌较好的大孔隙率多孔陶瓷微球(WuJM,ZhangXY,YangJL.NovelporousSi3N4ceramicspreparedby aqueousgelcastingusingSi3N4poly-hollowmicrospheresaspore-formingagent[J].JournaloftheEuropeanCeramicSociety,2014,34(5):1089-1096.)，但材料强度较低，无法承受较高应力。ZhaoKai等人利用氧化硅微球为硬模板采用碳热还原的方式制备出了一种尺寸在亚微米级别的氮化硅空心陶瓷微球(Zhao,K.,etal.,PreparationandPerformanceofSi3N4HollowMicrospheresbythe TemplateMethodandCarbothermalReductionNitridation.ACSAppliedMaterialsInterfaces,2019.11(42):p.39054-39061.)，但微球形貌较差，成品微球多出现破损现象。

为实现微球的单分散制备，较为稳定的制备方式为微流控法，Wang等人利用玻璃微流控器件实现了单分散氧化锆陶瓷微球的制备(Wang,Peiyi；Li,Jiang；Nunes,Janine；Hao,Shaochang；Liu,Bing；Chen,Haosheng；Lu,K.Droplet Micro-ReactorforInternalGelationtoFabricateZrO2CeramicMicrospheres[J].JournaloftheAmericanCeramicSociety,(2016).)，但该方法以溶胶凝胶法为制备基础，无法应用到氮化硅制备的领域。