结构功能一体化纤维增强陶瓷复合材料的制备及性能研究

摘要

本文针对不同马赫数飞行器对透波天线罩（窗）材料提出的集透波、承载、防热、耐蚀、抗冲击于一体的性能要求，开展了不同耐温区间纤维增强陶瓷基复合材料的研究。在综述了国内外透波天线罩（窗）材料研究及应用情况的基础上总结分析了现有透波天线罩（窗）材料的优缺点，以氧化铝、莫来石、石英、氮化硅四种纤维作为纤维增强体、以聚硼氮烷和聚硼硅氮烷分别作为涂层和基体材料的先驱体，采用浸渍裂解(PIP)工艺分别制备了氧化铝、莫来石、石英、氮化硅纤维增强SiBN陶瓷基复合材料，并对其介电性能和力学性能进行了测试与评价。
　　通过对聚硼氮烷和聚硼硅氮烷两种先驱体的TG-DSC性能进行测试，确定了两种先驱体裂解过程中不同的温度区间及各区间所对应的可能的化学反应过程，同时确定关键保温温度点，保证先驱体裂解过程充分顺利进行。通过对两种先驱体进行流变性能的测试，知两种先驱体在室温下的粘度均非常低、流动性好，有利于纤维增强体的充分浸渍。通过对聚硼硅氮烷先驱体裂解产物进行红外分析测试，获得从室温至900℃不同裂解温度下的红外测试曲线，通过曲线分析得到先驱体裂解过程中化学键所发生的变化以及物质的分解与生成情况。在氨气气氛中，先驱体中的碳元素（碳元素的存在会降低材料的介电性能）会随着温度的升高逐步通过裂解反应被除去，在900℃高温下，碳元素以CH3NH2的形式被充分除去，从而提升了复合材料的介电性能。
　　根据对先驱体表征所得到的数据确定出合适的工艺参数和制备流程，采用浸渍裂解工艺(PIP)制备出氧化铝、莫来石、石英、氮化硅四种纤维增强SiBN陶瓷基复合材料。探讨了四种不同纤维体系下材料的微观形貌差别、介电性能以及力学性能。结果显示，莫来石纤维增强SiBN陶瓷基复合材料常温介电常数和介电损耗分别在4.1～4.2和1.0×10-2～9.7×10-3范围内，抗弯、拉伸、压缩强度分别为95.12MPa、34.95MPa和80.92Mpa，具有良好稳定的高温宽频透波性能、良好力学性能，具有最佳的综合性能;氧化铝纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的力学性能最佳，但其透波性能欠佳，在今后的工作中要进一步研究宽频透波机理和材料体系的搭配与优化;氮化硅和石英纤维增强SiBN陶瓷基复合材料具有良好的介电性能，但其力学性能不佳，应该作为以后的研究重点，寻找适合的材料配合体系和工艺参数，提升其综合应用能力。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 宽频透波天线罩(窗)材料的壁结构要求

1．3 国内外透波天线罩(窗)材料的发展情况

1．3．1 有机天线罩(窗)透波材料

1．3．2 无机天线罩(窗)透波材料

1．4 透波天线罩(窗)材料的制备工艺

1．4．1 反应烧结法

1．4．2 无压烧结法

1．4．3 热压烧结法

1．4．4 气压烧结法

1．4．5 溶胶-凝胶法

1．4．6 注浆成型法

1．4．7 凝胶注模成型法

1．4．8 无机盐浸渍固化法

1．4．9 先驱体浸渍裂解法

1．5 课题的选择依据及研究内容

1．5．1 课题选择依据

1．5．2 本文研究内容

第二章 实验原料及装置设备

2．1 实验原料

2．2 实验装置设备

2．3 表征与测试设备

第三章 界面及基体先驱体的工艺特性研究

3．1 先驱体的表征与分析

3．1．1 热重分析

3．1．2 流变性能分析

3．1．3 化学键结构分析

第四章 纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的制备及性能研究

4．1 制备工艺及流程

4．1．1 纤维的热处理

4．1．2 BN涂层的制备

4．1．3 SiBN基体的制备

4．2 复合材料基体的物相分析

4．3 复合材料的微观形貌分析

4．3．1 莫来石纤维增强SiBN基复合材料

4．3．2 氧化铝纤维增强SiBN基复合材料

4．3．3 氮化硅纤维增强SiBN基复合材料

4．3．4 石英纤维增强SiBN基复合材料

4．4 复合材料透波性能分析

4．5 复合材料力学性能分析

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢