[其他]氮化硼纤维补强反应烧结氮化硅陶瓷

说明书

本发明是属于一种无机纤维补强陶瓷基体的复合材料。这种复合材料具有较低的介电常数和介电损耗，具有极好的抗热震性耐烧蚀性，适合于制作高温天线窗。

天线窗对控制空间飞行器的姿态和使飞行器准确命中予定目标起着关键作用。对这种天线窗的要求是抗热震性好、介电性能低、耐高温、耐烧蚀和适当的机械性能。通常的陶瓷天线窗材料或玻璃天线窗材料，如石英、氮化硅、氧化铝、氮化硼、氧化铍、微晶玻璃等（美国AD-A007956），由于抗热震性较差，都不能在温度急剧变化和温度极高的环境中使用。例如氮化硅、石英等2000℃（燃烧室压力15公斤/厘米²，氧-煤气火焰）条件下进行试验都严重开裂。为了弥补现有高温天线窗抗热震性较差的缺点，只能将天线窗安装在飞行器温度较低和温度变化较少的部位。但是这样安装往往会使飞行器的控制线路复杂化，使飞行器的重量分布不平衡（为了平衡要增加不必要的重量），使飞行器在某些时间出现“盲区”而影响遥控的准确性和命中精度。

K、S、MAZDIYASNI等人（JournaloftheAmericanCeramicSociety，Vol64，NO.7，1981，pp.415～419）研究了在高强度、高模量的氮化硅陶瓷基体材料中以低模量细晶粒BN为分散相，组成复合材料，改进电性能和热冲击性能。采用的是热压工艺，工艺复杂不宜制作大制品。本发明人曾以细颗粒BN为分散相补强Si₃N₄陶瓷，采用反应烧结、热压等工艺制成复合材料，在上述2000℃条件下进行试验都严重开裂。

本发明的目的在于提供一种用无机纤维补强陶瓷的复合材料。这种复合材料具有抗热震性大大优于一般的陶瓷或玻璃天线窗材料，介电性能低、介电损耗小、耐烧蚀性好，便于保存且制作工艺简单、成本较低等优点。因此更适合于较大温度急变的场合下使用。

本发明提供的复合材料含有5～20%（重量）氮化硼纤维，余量为氮化硅和杂质，供优先选择的复合材料含有8～17%（重量）氮化硼纤维。

本发明提供的复合材料的制造方法是先将氮化硼纤维与硅粉混合，成型然后在通氮气炉子里进行反应烧结，使坯体中的硅与氮反应生成氮化硅，使复合材料固结。为了便于复合材料的保存和防潮，在复合材料表面用特殊的有机材料涂复并经固化处理。

本发明复合材料制造的优点是成型素坯经予氮化后，可以机械加工成形状复杂的坯体，加工过的坯体再进第二次氮化时（反应烧结）只有大约0.1%的线收缩。因此制品的研磨加工量很少，成本较低。

表1是氮化硼纤维含量为10%（重量）的复合材料的性能。

表1氮化硼纤维补强氮化硅陶瓷复合材料的性能的一个实例

性 能性能数据

1.氮化硼纤维含量（重量%） 10

2.密度（克/厘米²） 2.16

3.介电常数（9375MHZ） 3.96

4.介电损耗（9375MHZ）　　　 6.65×10^-3

5.烧蚀率

（1）氧-煤气火焰：温度约2000℃，燃烧室压力15公斤/厘米²。

线烧蚀（毫米/秒）　　0.011-0.04

质烧蚀（克/秒）　　　　　　　0.312

（2）电弧驻点烧蚀：弧室气体压力5.1公斤/厘米²，气体值2460千卡/公斤

线烧蚀（毫米/秒）　　　　　　0.616

质烧蚀（克/秒）　　　　　　　0.229

6.抗热震性＊

（1）氧-煤气火焰　　　　　　　不裂

（2）电弧驻点烧蚀 　　　　　　　不裂

7.抗弯强度（兆帕）　　　　　 57.0

8.抗拉强度（兆帕） 27.0

9.拉伸应变（%）0.14

10.弹性模量（兆帕）7.6×10⁴

11.断裂功（焦耳/米²）38.5

12.导温系数（厘米²/秒）0.0479（360℃）

0.0322（713℃）

0.0256（1070℃）

0.0236（1265℃）