SiO2及AlN对BN基复合材料性能的影响

摘要

本文是以h-BN、非晶SiO2、硅溶胶和AlN为原料,采用冷等静压后1800℃无压烧结的工艺制备BN基复合陶瓷。实验通过改变硅溶胶、SiO2粉末的比例以及复合材料中AlN粉末的含量,探索SiO2引入方式和AlN含量对BN基复合陶瓷综合性能的影响。本课题利用XRD、SEM和TEM等分析手段及万能实验机等设备,全面分析了AlN的含量和硅溶胶的加入量对BN基复合陶瓷微观组织,力学,热学及介电性能的影响,拟为防热透波一体化陶瓷材料提供参考。
　　结果表明,这种方式制备的BN基复合材料,添加硅溶胶之后,复合材料的密度小幅升高后有所下降。而且在无压烧结前后,复合材料均在一定范围内发生了膨胀现象。
　　BN基复合材料的室温抗弯强度最大值为71.3±0.6MPa,而且随着硅溶胶含量的升高,材料的抗弯强度逐渐呈下降趋势。SiO2纯粉末形式引入的复合陶瓷的抗弯强度明显高于纯溶胶形式引入的复合陶瓷抗弯强度。对无压烧结后的BN基复合材料在900℃-1200℃之间进行高温力学性能测试,测试结果表明:AlN含量为10vol％、SiO2以纯粉末形式引入的复合材料抗弯强度在1000℃以前都基本保持不变,但当温度升高到1100℃时,抗弯强度不下降反而升高,温度继续升至1100℃时,它的抗弯强度可达98.5±4.0MPa,与室温相比,升幅达38.1%。而AlN含量升高时,即AlN含量为15vol%、SiO2以纯粉末形式引入的复合材料的抗弯强度在1000℃以前呈缓慢升高趋势,1000℃的抗弯强度是83.1±2.4MPa,当温度达到1200℃时,材料的抗弯强度开始下降,降幅为10.6%。
　　各个组分的线膨胀量之间数值差别不大,曲线基本重合,线膨胀量在10-3数量级。AlN含量对复合材料的热膨胀系数影响并不大,但当AlN含量到5vol%时,1000℃前复合材料的线膨胀量明显低于其它组分。
　　硅溶胶的添加使得BN基复合材料的介电常数和介电损耗都有所减小。添加AlN之后,复合材料的介电常数和介电损耗都比之前增大许多。复合材料的介电常数介于2-4之间,介电损耗均在10-3数量级左右。

目录

SiO2及AlN对BN基复合材料性能的影响

THE INFLUENCE OF SiO2 AND AlN ON THE PROPERTIES OF BN MATRIX COMOSITES

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及选题意义

1.2耐高温透波材料的研究现状

1.2.1 陶瓷透波材料

1.2.2 聚合物基透波材料

1.2.3耐高温透波材料的国内外现状

1.2.4 透波材料性能的影响因素

1.3 氮化硼透波材料的研究现状

1.3.1 氮化硼透波纤维

1.3.2 氮化硼基复合材料

1.4 本文的主要研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1 试验用原材料

2.2 试样制备

2.3 烧结设备及工艺

2.4 复合材料抗弯强度和弹性模量测定

2.5复合材料密度分析

2.6 复合材料XRD物相分析

2.7 复合材料组织结构分析

2.7.1 扫描电镜观察

2.7.2 透射电镜观察

2.8 复合材料介电性能测试

2.9 复合材料热膨胀系数分析

第3章 BN基复合材料的显微组织及力学性能

3.1 BN基复合材料的XRD物相分析

3.2 BN基复合材料的物理性能

3.2.1 BN基复合材料烧结前后的径向尺寸变化率

3.2.2 BN基复合材料的密度

3.2.3 BN基复合材料的SEM显微组织观察

3.2.4 BN基复合材料的TEM显微组织观察

3.3 BN基复合材料的力学性能

3.3.1 BN基复合材料的室温力学性能

3.3.2 BN基复合材料的高温抗弯强

3.4 BN基复合材料断口的SEM观察

3.4.1 室温下抗弯强度测试后的断口SEM照片

3.4.2 高温下抗弯强度测试后的断口SEM照片

3.5本章小结

第4章 BN基复合材料的热学和介电性能

4.1 BN基复合材料的热膨胀系数

4.2 BN基复合材料的介电性能

4.2.1 BN基复合材料的介电常数

4.2.2 BN基复合材料的介电损耗正切

4.3本章小结

结 论

参考文献

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致 谢