利用二氧化硅基空心微珠制备多孔陶瓷天线罩材料及性能研究

发布时间：2017-07-03 21:02

  本文关键词：利用二氧化硅基空心微珠制备多孔陶瓷天线罩材料及性能研究

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【摘要】：天线罩是导弹或飞行器前端的一个重要部件,其功能集防热、透波和承载于一体,所以要求天线罩材料必须具备介电常数和介电损耗低、机械强度高、抗热冲击性能好、耐热性能好和耐雨蚀能力强等特点。由于陶瓷材料具有耐高温、热稳定性强、不吸潮、热胀系数低、并且具有足够的强度和适宜的介电性能等优点,所以陶瓷材料成为近年来天线罩材料研究的热点。多孔陶瓷是一种新型的功能材料,具有密度低、比表面积高、热膨胀系数小、介电常数和介电损耗低等优异性能。石英陶瓷具有介电常数和介电损耗低等优势,将其做成多孔结构,其质量大大减轻;同时,介电常数和介电损耗也会降低,可见多孔石英基陶瓷是一种前景可观的天线罩材料。空心微珠是20世纪五六十年代发展起来的一种新型微粒材料,具有比表面积大、质轻、流动性高、堆积密度高等特点,在航空航天,机械制造,建筑材料等多个领域中都有广泛的应用。本文以空心微珠为主要原料,通过不同的成型方法制备陶瓷天线罩材料,并研究了不同的工艺参数对陶瓷显微结构、力学性能和介电性能的影响。主要的研究内容如下:采用直接堆积烧结SiO_2空心微珠制备多孔石英空心微珠陶瓷天线罩材料,分析烧结气氛、烧结温度对多孔石英空心微珠陶瓷的制备及其性能的影响。研究表明,在1650℃氮气气氛下,保温1 h烧结得到的样品微观形貌最优,孔径分布均匀,气孔率为71.46%,体积密度为0.66 g/cm~3,具有很好的介电性能,在频率10.66 GHz,常温条件下测得介电常数仅为1.78,损耗角正切值为1.85×10~(-3),其介电性能很好,但力学性能较低,抗压强度只有0.75 MPa。采用直接堆积烧结SiO_2-Al_2O_3复合陶瓷微珠,制备多孔莫来石基复合陶瓷天线罩材料,其目的是改善多孔石英天线罩材料较差的力学性能。研究烧结温度和改变陶瓷微珠物相组成对样品微观形貌和综合性能的影响。研究表明,烧结温度为1550℃保温1 h下制得的样品,在10.88 GHz时,ε=3.37,tgδ=4.16×10~(-3),其介电性能很好,其气孔率为81.37%,抗压强度达到6.25 MPa,其力学性能得到大大改善。利用SiO_2空心微珠作为造孔剂,采用凝胶注模成型法制备多孔氮氧化硅-氮化硅陶瓷天线罩材料,进一步提高其力学性能。研究了SiO_2空心微珠加入量对制得的多孔陶瓷的物相组成、微观形貌、力学性能和介电性能的影响。结果表明,SiO_2空心微珠加入量为15 wt.%时,制得的多孔氮氧化硅-氮化硅陶瓷材料的气孔率为51.85%,体积密度为1.43 g/cm~3,抗弯强度为可达43.92±4.72 MPa,断裂韧性为0.99±0.16 MPa·m~(1/2),在12 GHz下测得介电常数为4.52,介电损耗为6.01×10~(-3),其综合性能在制得的多孔石英陶瓷和多孔莫来石基陶瓷的基础上都得到很大程度的优化。
【关键词】：天线罩材料 空心微珠 多孔陶瓷 力学性能 介电性能
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 天线罩材料的概述10-14
• 1.1.1 天线罩材料的性能评定指标11-12
• 1.1.2 陶瓷基天线罩材料12-13
• 1.1.3 多孔结构对天线罩材料介电性能的影响13-14
• 1.2 多孔陶瓷及其制备方法14-18
• 1.2.1 多孔陶瓷的定义及分类14-15
• 1.2.2 多孔陶瓷的制备方法15-18
• 1.3 本课题的提出及研究内容和意义18-20
• 第二章 实验方法与性能表征20-26
• 2.1 实验的原料与设备20-21
• 2.2 空心微珠坯体的制备21-22
• 2.3 性能表征22-26
• 第三章 SiO_2空心微珠制备多孔石英空心微珠陶瓷26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 实验内容26-29
• 3.2.1 实验原料26-27
• 3.2.2 样品制备27-29
• 3.3 实验结果与讨论29-35
• 3.3.1 烧结气氛对样品形貌的影响29
• 3.3.2 空气气氛下烧结温度对样品的形貌及性能影响29-32
• 3.3.3 N_2气氛下烧结温度对样品孔形貌的影响32-35
• 3.3.4 不同工艺制备多孔石英陶瓷的性能比较35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 SiO_2-Al_2O_3陶瓷微珠制备多孔莫来石基陶瓷36-48
• 4.1 引言36
• 4.2 实验内容36-38
• 4.3 实验结果与讨论38-46
• 4.3.1 高温发泡机理的分析38-39
• 4.3.2 烧结温度对样品性能的影响39-44
• 4.3.3 陶瓷微珠物相组成对样品性能的影响44-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第五章 SiO_2空心微珠为造孔剂制备多孔氮氧化硅-氮化硅陶瓷48-61
• 5.1 引言48-49
• 5.2 实验内容49-52
• 5.2.1 实验原料49-50
• 5.2.2 样品制备50-52
• 5.3 实验结果与讨论52-59
• 5.3.1 SiO_2空心微珠的含量对样品物相的影响52-53
• 5.3.2 SiO_2空心微珠的含量对样品形貌的影响53-56
• 5.3.3 SiO_2空心微珠的含量对力学性能的影响56-59
• 5.4 本章小结59-61
• 结论61-63
• 参考文献63-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 田晶晶;张秀华;田志宏;梅鸣华;孙立军;刘响;;耐火材料硅砖真密度的影响因素[J];工程与试验;2014年01期

2 余娟丽;陈磊;吕毅;赵英民;裴雨辰;;天线罩用宽频透波材料的发展现状[J];宇航材料工艺;2013年02期

3 雷景轩;;A夹层石英陶瓷材料的制备[J];硅酸盐通报;2012年05期

4 吴海波;袁波;韩建q，

本文编号：515143