[其他]氮化硼纖維補強反應燒結氮化硅陶瓷

無效

• 申請號: 85104097
• 申請日: 1985-05-24
• 公開（公告）號: CN85104097B
• 公開（公告）日: 1988-10-05
• 發明（設計）人: 郭景坤;黃校先;莊漢銳;李包順;王榮華;華道權
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/58;C04B35/00
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 潘振甦

本發明是屬于一種無機纖維補強陶瓷基體的復合材料。這種復合材料具有較低的介電常數和介電損耗，具有極好的抗熱震性耐燒蝕性，適合于制作高溫天線窗。

天線窗對控制空間飛行器的姿態和使飛行器準確命中予定目標起著關鍵作用。對這種天線窗的要求是抗熱震性好、介電性能低、耐高溫、耐燒蝕和適當的機械性能。通常的陶瓷天線窗材料或玻璃天線窗材料，如石英、氮化硅、氧化鋁、氮化硼、氧化鈹、微晶玻璃等（美國AD-A007956），由于抗熱震性較差，都不能在溫度急劇變化和溫度極高的環境中使用。例如氮化硅、石英等2000℃（燃燒室壓力15公斤/厘米²，氧-煤氣火焰）條件下進行試驗都嚴重開裂。為了彌補現有高溫天線窗抗熱震性較差的缺點，只能將天線窗安裝在飛行器溫度較低和溫度變化較少的部位。但是這樣安裝往往會使飛行器的控制線路復雜化，使飛行器的重量分布不平衡（為了平衡要增加不必要的重量），使飛行器在某些時間出現“盲區”而影響遙控的準確性和命中精度。

K、S、MAZDIYASNI等人（JournaloftheAmericanCeramicSociety，Vol64，NO.7，1981，pp.415～419）研究了在高強度、高模量的氮化硅陶瓷基體材料中以低模量細晶粒BN為分散相，組成復合材料，改進電性能和熱沖擊性能。采用的是熱壓工藝，工藝復雜不宜制作大制品。本發明人曾以細顆粒BN為分散相補強Si₃N₄陶瓷，采用反應燒結、熱壓等工藝制成復合材料，在上述2000℃條件下進行試驗都嚴重開裂。

本發明的目的在于提供一種用無機纖維補強陶瓷的復合材料。這種復合材料具有抗熱震性大大優于一般的陶瓷或玻璃天線窗材料，介電性能低、介電損耗小、耐燒蝕性好，便于保存且制作工藝簡單、成本較低等優點。因此更適合于較大溫度急變的場合下使用。

本發明提供的復合材料含有5～20%（重量）氮化硼纖維，余量為氮化硅和雜質，供優先選擇的復合材料含有8～17%（重量）氮化硼纖維。

本發明提供的復合材料的制造方法是先將氮化硼纖維與硅粉混合，成型然后在通氮氣爐子里進行反應燒結，使坯體中的硅與氮反應生成氮化硅，使復合材料固結。為了便于復合材料的保存和防潮，在復合材料表面用特殊的有機材料涂復并經固化處理。

本發明復合材料制造的優點是成型素坯經予氮化后，可以機械加工成形狀復雜的坯體，加工過的坯體再進第二次氮化時（反應燒結）只有大約0.1%的線收縮。因此制品的研磨加工量很少，成本較低。

表1是氮化硼纖維含量為10%（重量）的復合材料的性能。

表1氮化硼纖維補強氮化硅陶瓷復合材料的性能的一個實例

性 能性能數據

1.氮化硼纖維含量（重量%） 10

2.密度（克/厘米²） 2.16

3.介電常數（9375MHZ） 3.96

4.介電損耗（9375MHZ）　　　 6.65×10^-3

5.燒蝕率

（1）氧-煤氣火焰：溫度約2000℃，燃燒室壓力15公斤/厘米²。

線燒蝕（毫米/秒）　　0.011-0.04

質燒蝕（克/秒）　　　　　　　0.312

（2）電弧駐點燒蝕：弧室氣體壓力5.1公斤/厘米²，氣體值2460千卡/公斤

線燒蝕（毫米/秒）　　　　　　0.616

質燒蝕（克/秒）　　　　　　　0.229

6.抗熱震性＊

（1）氧-煤氣火焰　　　　　　　不裂

（2）電弧駐點燒蝕 　　　　　　　不裂

7.抗彎強度（兆帕）　　　　　 57.0

8.抗拉強度（兆帕） 27.0

9.拉伸應變（%）0.14

10.彈性模量（兆帕）7.6×10⁴

11.斷裂功（焦耳/米²）38.5

12.導溫系數（厘米²/秒）0.0479（360℃）

0.0322（713℃）

0.0256（1070℃）

0.0236（1265℃）