CN101591196B - 宽频陶瓷基复合材料用釉层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽频陶瓷基复合材料用釉层材料及其制备方法，属于无机材料技术领域，属于一种透波材料，其配料重量百分组成为：石英60～80％、硼酸5～30％和添加剂5～20％；将配料粉碎、干磨混合，烧制成熔块，然后将熔块制成料浆喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面，烧成釉层。耐温性、耐烧蚀性好，并且具有良好的力学性能和介电性能；制备方法科学合理、简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽频陶瓷基复合材料用釉层材料及其制备方法，属于无机材料技术领域，属于一种透波材料。
背景技术
导弹雷达天线罩是保证雷达天线系统正常工作的一种关键性部件，它既是弹体的组成部分，又是雷达制导系统的组成部分；既要承受导弹气动载荷、气动加热和飞行过程中的恶劣环境，又要满足导弹雷达系统对功率传输系数、瞄准误差和天线方向图畸变等性能的要求，随着航天、航空技术的发展，导弹天线罩已经向着耐高温、抗冲蚀以及宽频带、高透波率的方向发展。近几年、高性能陶瓷透波材料以它良好的介电性能、足够的强度和优异的耐高温性能逐渐在超音速、高超音速导弹天线罩中占据了绝对优势的地位，其中宽频带、高透波陶瓷天线罩是未来重要的发展方向之一。为了拓宽使用频段，提高表面抗冲刷性，宽频天线罩需要在芯层表面制备一层较薄的涂层(0.2～2mm)。要求表层材料具有适当的介电性能，致密、耐高温并且要有较高的强度等，且与芯层材料有匹配的物理和化学性能。
从80年代起，国外就开始了宽频天线罩的研制，并取得了显著进展，一些新材料及制备工艺已达到了实用化水平。如以色列研制的一种氮化硅天线罩材料，由低密度的(1.0～2.2g/cm3)多孔氮化硅外加一层采用无压液相烧结技术制得高密度的(2.8～3.2g/cm3)氮化硅组成。另外，现国外制备宽频天线罩表层的工艺也有直接利用化学气相沉积法在芯层表面制备一层致密的薄膜。但采用上述工艺制备表层材料周期比较长，设备成本也较昂贵，而且氮化硅的导热系数太高，在高马赫数条件下，天线罩内部的温度太高，所以找出一种性能符合要求的厚度可控的表层材料一直是宽频天线罩领域研制的难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽频陶瓷基复合材料用釉层材料，耐温性、耐烧蚀性好，并且具有良好的力学性能和介电性能；本发明同时提供了其科学合理、简单易行的制备方法。
本发明所述的宽频陶瓷基复合材料用釉层材料，其配料重量百分组成为：
石英60～80％、硼酸5～30％和添加剂5～20％。
其中：
添加剂为氢氧化铝、五氧化二铌、二氧化钛、碳酸钡或碳酸锶中的一种或几种的任意比例组合，分析纯，重量含量不小于99％。
石英为无定形态，二氧化硅重量含量不低于99.98％。
硼酸的纯度为分析纯，重量含量不小于99％。
其科学合理、简单易行的制备方法如下：
与通常的熔块釉料一样，将配料粉碎、干磨混合，烧制成熔块，然后将熔块制成料浆喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面，烧成釉层。
可采用球磨辅助振动的方式混合研磨，保证配料的混合均匀性和研磨细度，粒径为1—10微米，熔块采用投入冷水中急淬的急速冷却方法，避免熔块在冷却过程中发生析晶。
其中：
料浆的制备方法为：将熔块粉碎，过325目筛，与去离子水按照1∶(0.6—1)的重量比混合，然后加入熔块质量的0.2～1％塑性剂，混合均匀即可。
塑化剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素或聚乙烯醇等，配制成质量浓度为2—5％的水溶液使用。
可以将料浆用喷枪喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面，料浆密度为1.2—1.8，喷涂压力为0.1～0.5MPa。
熔块的烧制温度控制为1500～1700℃。
釉层在氧化气氛下，最好在惰性气体(氮气或氩气等)保护下无压烧成，烧成温度控制为1470～1700℃，保温2—3小时。
烧成后，经冷加工后续处理得产品。
本发明获得的釉层主要性能指标如下：
抗弯强度 100.6MPa
弹性模量 107.7GPa
介电常数 4.0～7.6
线膨胀系数 1.0～2.0×10-6/℃
本发明宽频陶瓷基复合材料用釉层材料，耐温性、耐烧蚀性好，并且具有良好的力学性能和介电性能，能够满足应用要求；本发明提供的制备方法科学合理、简单易行。
附图说明
图1、本发明工艺流程框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
配料所用原料情况：
石英为无定形态，二氧化硅重量含量99.98％；
硼酸的纯度为分析纯，重量含量99％；
添加剂为五氧化二铌，分析纯，重量含量99％。
称取180g石英粉，3.67g五氧化二铌，12.86g硼酸，采用球磨振动将原料混匀。在1700℃氮气气氛下烧制熔块。将熔块粉碎制成釉浆，然后利用喷枪进行喷涂，1650℃氮气气氛无压烧结制得釉层。
其中：釉浆的制备控制参数为：
熔块与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量0.5％的羧甲基纤维素溶液，混合均匀即可。其中，羧甲基纤维素以质量浓度为3％的水溶液状态使用。
无压烧结温度控制为：
温度(℃) 升温速度(℃/分钟)
室温至1000℃ 40℃/分钟
1000℃～1650℃ 45℃/分钟
1650℃ 保温2小时。
实施例2
配料所用原料情况：
石英为无定形态，二氧化硅重量含量99.98％；
硼酸的纯度为分析纯，重量含量99.1％；
添加剂为氢氧化铝和五氧化二铌，分析纯，重量含量99.1％。
称取196g石英粉，4g五氧化二铌，24.8g硼酸，6.82g氢氧化铝，采用球磨振动将原料混匀。在1600℃氧化气氛下烧制熔块。将熔块粉碎制成釉浆，然后利用喷枪进行喷涂，1600℃氩气气氛无压烧结制得釉层。
其中：釉浆得制备控制参数为：
熔块与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量0.5％的羧甲基纤维素溶液，混合均匀即可。其中，羧甲基纤维素以质量浓度为4％的水溶液状态使用。
无压烧结温度控制为：
温度(℃) 升温速度(℃/分钟)
室温至1000℃ 45℃/分钟
1000℃～1600℃ 40℃/分钟
1600℃ 保温2小时。
实施例3
配料所用原料情况：
石英为无定形态，二氧化硅重量含量99.98％；
硼酸的纯度为分析纯，重量含量99.2％；
添加剂为五氧化二铌和二氧化钛，分析纯，重量含量不小于99％。
称取196g石英粉，4g五氧化二铌，24.8g硼酸，4.36g二氧化钛，采用球磨振动将原料混匀。在1600℃氧化气氛下烧制熔块。将熔块粉碎制成釉浆，然后利用喷枪进行喷涂，1600℃氩气气氛无压烧结制得釉层。
其中：釉浆得制备控制参数为：
熔块与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量0.5％的羧甲基纤维素溶液，混合均匀即可。其中，羧甲基纤维素以质量浓度为5％的水溶液状态使用。
无压烧结温度控制为：
温度(℃) 升温速度(℃/分钟)
室温至1000℃ 35℃/分钟
1000℃～1600℃ 43℃/分钟
1600℃ 保温2小时。
实施例4
配料所用原料情况：
石英为无定形态，二氧化硅重量含量99.98％；
硼酸的纯度为分析纯，重量含量99％；
添加剂为氢氧化铝、五氧化二铌和二氧化钛，分析纯，重量含量99％。
称取196g石英粉，4g五氧化二铌，24.8g硼酸，6.68g氢氧化铝，18.6g二氧化钛，采用球磨振动将原料混匀。在1600℃氧化气氛下烧制熔块。将熔块粉碎制成釉浆，然后利用喷枪进行喷涂，1600℃氩气气氛无压烧结制得釉层。
其中：釉浆得制备控制参数为：
熔块与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量0.5％的羧甲基纤维素溶液，混合均匀即可。其中，羧甲基纤维素以质量浓度为4％的水溶液状态使用。
无压烧结温度控制为：
温度(℃) 升温速度(℃/分钟)
室温至1000℃ 45℃/分钟
1000℃～1600℃ 40℃/分钟
1600℃ 保温2小时。
实施例5
配料所用原料情况：
石英为无定形态，二氧化硅重量含量99.98％；
硼酸的纯度为分析纯，重量含量99％；
添加剂为氢氧化铝和碳酸钡，分析纯，重量含量99％。
称取69.6g石英粉，122.7g硼酸，12.5g氢氧化铝，68.6g碳酸钡，采用球磨振动将原料混匀。在1500℃氧化气氛下烧制熔块。将熔块粉碎制成釉浆，然后利用喷枪进行喷涂，1600℃氩气气氛无压烧结制得釉层。
其中：釉浆得制备控制参数为：
熔块与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量0.5％的羧甲基纤维素溶液，混合均匀即可。其中，羧甲基纤维素以质量浓度为3.5％的水溶液状态使用。
无压烧结温度控制为：
温度(℃) 升温速度(℃/分钟)
室温至1000℃ 45℃/分钟
1000℃～1600℃ 50℃/分钟
1600℃ 保温3小时。
实施例6
配料所用原料情况：
石英为无定形态，二氧化硅重量含量99.98％；
硼酸的纯度为分析纯，重量含量99％；
添加剂为氢氧化铝，分析纯，重量含量99％。
本发明宽频陶瓷基复合材料用釉层材料的配料重量百分组成为：
石英65％、硼酸25％和添加剂10％。
制备方法：
将配料粉碎、干磨混合，在1550℃烧制成熔块，将熔块粉碎，过325目筛，与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量的0.6％的聚乙烯醇(以质量浓度为4％的水溶液状态使用)混合均匀制成料浆，用喷枪喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面，在氩气气氛保护下无压烧成，烧成温度为1570℃，保温2.5小时，获得釉层。
实施例7
配料所用原料情况：
石英为无定形态，二氧化硅重量含量99.98％；
硼酸的纯度为分析纯，重量含量99％；
添加剂为五氧化二铌和二氧化钛，分析纯，重量含量99％。
本发明宽频陶瓷基复合材料用釉层材料的配料重量百分组成为：
石英62％、硼酸18％、五氧化二铌6％和二氧化钛14％。
制备方法：
将配料粉碎、干磨混合，在1650℃烧制成熔块，将熔块粉碎，过325目筛，与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量的0.7％甲基纤维素(以质量浓度为4％的水溶液状态使用)混合均匀制成料浆，用喷枪喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面，在氮气气氛保护下无压烧成，烧成温度为1650℃，保温2小时，获得釉层。
实施例8
配料所用原料情况：
石英为无定形态，二氧化硅重量含量99.98％；
硼酸的纯度为分析纯，重量含量99％；
添加剂为五氧化二铌，分析纯，重量含量99％。
本发明宽频陶瓷基复合材料用釉层材料的配料重量百分组成为：
石英75％、硼酸13％和添加剂12％。
制备方法：
将配料粉碎、干磨混合，在1650℃烧制成熔块，将熔块粉碎，过325目筛，与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量的0.4％聚乙烯醇(以质量浓度为3.5％的水溶液状态使用)混合均匀制成料浆，用喷枪喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面，在氮气气氛保护下无压烧成，烧成温度为1580℃，保温3小时，获得釉层。
Claims (4)
1.一种宽频陶瓷基复合材料用釉层材料，其特征在于其配料重量百分组成为：
石英60～80％、硼酸5～30％和添加剂5～20％；
添加剂为氢氧化铝、五氧化二铌、二氧化钛、碳酸钡或碳酸锶中的一种或几种的任意比例组合，分析纯，重量含量不小于99％；
制备方法：
将配料粉碎、干磨混合，烧制成熔块，然后将熔块制成料浆喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面，烧成釉层；
其中：
料浆的制备方法为：将熔块粉碎，过325目筛，与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量的0.2～1％塑性剂，混合均匀即可；
塑性剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素或聚乙烯醇；
将料浆用喷枪喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面；
熔块的烧制温度为1500～1700℃；
釉层在惰性气体保护下无压烧成，烧成温度为1470～1700℃，保温2-3小时。
2.根据权利要求1所述的宽频陶瓷基复合材料用釉层材料，其特征在于石英为无定形态，二氧化硅重量含量不低于99.98％。
3.根据权利要求1所述的宽频陶瓷基复合材料用釉层材料，其特征在于硼酸的纯度为分析纯，重量含量不小于99％。
4.一种权利要求1所述的宽频陶瓷基复合材料用釉层材料的制备方法，其特征在于将配料粉碎、干磨混合，烧制成熔块，然后将熔块制成料浆喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面，烧成釉层；
其中：
料浆的制备方法为：将熔块粉碎，过325目筛，与去离子水按照1∶0.6的重量比混合，然后加入熔块质量的0.2～1％塑性剂，混合均匀即可；
塑性剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素或聚乙烯醇；
将料浆用喷枪喷涂于宽频陶瓷基复合材料表面；
熔块的烧制温度为1500～1700℃；
釉层在惰性气体保护下无压烧成，烧成温度为1470～1700℃，保温2-3小时。
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