摘要：透波材料是一种集透波、防热、承载和抗蚀等多功能于一体的材料，它可以保护飞行器的天线系统，使其在恶劣环境下能够正常工作。随着飞行器的进展和飞行速度的不断提升，对透波材料介电性能、力学性能、寿命、工艺性和重量等方面要求越来越高。氮化硅（Si_3N_4）材料具有优异的力学性能、良好的热稳定性和耐腐蚀性能，是一种综合性能较高的飞行器天线罩用材料。但通过探讨发现，Si_3N_4作为高速飞行器天线罩材料时，其介电性能不够理想，有待进一步提升。氮化硼（BN）具有比Si_3N_4更低的介电常数和介电损耗，而且在很宽的温度范围内具有优良的热、电性能稳定性，但其力学性能低于Si_3N_4、抗雨蚀性能差。本论文将Si_3N_4和BN相结合，制备出具有Si_3N_4和BN各自优点的BN/Si_3N_4复合材料。由于多孔陶瓷具有较低的介电常数和密度，由此在制备BN/Si_3N_4复合材料时，应尽可能提升材料的气孔率。本论文通过采取叔丁醇（TBA）基凝胶注模成型工艺制备高气孔率、高强度、低介电常数和介电损耗的BN/Si_3N_4复合陶瓷。优化了TBA基凝胶注模成型工艺各阶段的工艺参数，使该工艺适用于制备高气孔率的BN/Si_3N_4复合陶瓷。通过探讨，加入0.144g/l（相对于溶剂体积）分散剂的浆料的流变性能较好；催化剂（mbaM）和引发剂（APS）水溶液最佳含量分别为1.5wt%和30wt%（相对于单体），40℃下N2保护聚合及保湿干燥制度较为合理。为了验证TBA基凝胶注模工艺在制备多孔BN/Si_3N_4复合陶瓷上的优越性，本论文选取目前多孔陶瓷制备策略中运用最为广泛的干压成型工艺及造孔剂工艺与之进行比较实验，以微观结构到宏观性能进行了比较浅析。探讨发现，TBA基凝胶注模工艺的优势在于其能够制备出均匀可控，且具有高气孔率的结构。并可以通过调节固相含量得到不能性能的多孔BN/Si_3N_4复合陶瓷。当固相含量为7.5vol%时，气孔率为77.4%，介电常数为1.74；固相含量为30vol%时，气孔率为36.5%，抗弯强度为136±5.35MPa。在浆料中初始固相含量固定为15%体积分数的基础上，分别探讨了烧结助剂Y2O3-Al2O3和SiO2的含量以及烧结温度的影响。结果表明，多孔BN/Si_3N_4复合陶瓷的气孔率随着烧结助剂含量的提升而下降，孔径呈单峰分布，尺寸为微米级或亚微米级。抗弯强度随着烧结助剂含量的提升而增大，介电常数随之上升。当Y2O3-Al2O3含量为5wt%，SiO_2含量为7.5wt%时，多孔BN/Si_3N_4复合陶瓷的抗弯强度为65.84±3.08MPa，室温下的介电常数非常稳定，在2.39附近波动，介电损耗在3×10~(-3)以下，并具有优异的高温介电性能。通过对烧结温度的探讨，结果发现，在1750℃烧结温度下，Si_3N_4发育良好，具有优异的综合性能。探讨了添加剂BN的加入量对多孔BN/Si_3N_4复合陶瓷的结构和性能的影响，比较了BN颗粒与BN晶须对样品的气孔率、显微结构、力学性能以及介电性能的影响。随着BN含量的提升，多孔BN/Si_3N_4陶瓷的气孔率呈现上升的走势，而抗弯强度与介电常数则随之下降。由于BN晶须相对于BN颗粒具有长径比高的结构特点，借助其低介电常数与高长径比的特点，加入BN晶须的多孔BN/Si_3N_4复合陶瓷具有更加优良的介电性能和力学性能。探讨了多孔复合陶瓷透波机理。随着气孔率的增加，多孔复合陶瓷的介电常数减小，介电常数实际测试值与Lichtencker方程(ε)公式计算值有较好吻合。物相的组成是影响复合陶瓷介电性能的重要因素，随着BN相含量的增加，复合陶瓷的介电常数减小；多孔复合陶瓷的晶界相、气孔结构以及杂质也是影响介电常数及介电损耗的主要因素，晶界相含量的减少会使介电损耗急剧下降，具有较大气孔尺寸的样品的介电损耗较小。关键词：BN/Si_3N_4论文多孔陶瓷论文力学性能论文介电性能论文透波论文
摘要4-6
Abstract6-12
第1章 绪论12-38
1.1 探讨背景12-13
1.2 透波材料概述13-22
1.2.1 透波材料的性能要求13-15
1.2.2 透波材料的分类15-22
1.3 国内外透波材料系统探讨进展近况及面对的不足22-24
1.4 BN/Si_3N_4复合陶瓷材料探讨近况24-35
1.4.1 国内外 BN/Si_3N_4复合陶瓷材料探讨近况24-25
1.4.2 多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的制备策略25-31
1.4.3 多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的性能探讨31-35
1.5 本论文的探讨目的、作用及内容35-38
1.5.1 探讨的目的及作用35-36
1.5.2 主要探讨内容36-38
第2章 制备工艺与探讨策略38-50
2.1 引言38-39
2.2 制备工艺39-46
2.2.1 实验原料39
2.2.2 叔丁醇性质39-41
2.2.3 制备原理41-44
2.2.4 制备工艺44-46
2.3 探讨策略46-50
2.3.1 陶瓷粉料的表征46-47
2.3.2 浆料流变特性47
2.3.3 微观形貌的表征47
2.3.4 差热和热重浅析47
2.3.5 傅立叶红外光谱浅析(FT-IR)47
2.3.6 体积密度的测试47
2.3.7 孔径尺寸及分布的测试47-48
2.3.8 介电性能浅析48
2.3.9 强度测试48-50
第3章 制备工艺对多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的影响50-72
3.1 引言50
3.2 多孔 BN/Si_3N_4陶瓷制备工艺的比较探讨50-69
3.2.1 凝胶注模工艺的参数优化51-57
3.2.2 结构比较57-65
3.2.3 性能比较65-69
3.3 本章小结69-72
第4章 烧结工艺对多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的影响72-90
4.1 引言72
4.2 烧结助剂 Y2O3-Al2O3含量对多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的影响72-78
4.2.1 实验历程72-73
4.2.2 性能表征73-78
4.3 烧结助剂 SiO2含量对多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的影响78-83
4.3.1 实验历程78
4.3.2 性能表征78-83
4.4 烧结温度对多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的影响83-89
4.4.1 实验历程83
4.4.2 性能表征83-89
4.5 本章小结89-90
第5章 BN 颗粒与 BN 晶须对多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的影响90-106
5.1 引言90-91
5.2 复合材料制备工艺91-98
5.2.1 BN 晶须分散工艺91-94
5.2.2 BN 晶须除碳工艺94-97
5.2.3 多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的制备97-98
5.3 物相组成、气孔率和微观结构比较98-102
5.3.1 物相组成98-99
5.3.2 气孔率、孔径分布的比较99-101
5.3.3 显微结构的比较101-102
5.4 性能的比较102-104
5.4.1 力学性能比较102-103
5.4.2 介电性能比较103-104
5.5 本章小结104-106
第6章 多孔 BN/Si_3N_4复合陶瓷的透波机理的探讨106-123
6.1 引言106-108
6.2 影响介电性能的主要因素108-120
6.2.1 气孔率的影响108-111
6.2.2 组成的影响111-117
6.2.3 孔结构的影响117-120
6.2.4 杂质的影响120
6.3 本章小结120-123
结论123-125
本论文的主要革新点125-126
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