一種氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種一種層狀陶瓷及其制備方法，特別涉及一種氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫透波材料是保障航空航天飛行器在工作環(huán)境下實現(xiàn)通訊、遙測、制導(dǎo)、引爆等環(huán)節(jié)的多功能介質(zhì)材料。隨著航空航天技術(shù)及軍事科技的發(fā)展，現(xiàn)代航空航天飛行器的飛行速度不斷提高，工作環(huán)境愈加復(fù)雜，對高溫透波材料提出了更高的要求。高溫透波材料需具有優(yōu)異的介電性能、良好的耐熱性、耐環(huán)境行和較高的力學(xué)性能。氮化硅(Si3N4)陶瓷以其優(yōu)秀的綜合性能被認為是下一代高性能高溫透波材料的首選，受到了大量關(guān)注和廣泛研究。
[0003]在申請公布號為CN 103274696 A的中國專利中公開了一種熱透波多孔陶瓷材料及其制備方法，該方法將氮化硅、氮化硼、燒結(jié)助劑等均勻混合，造粒后冷等靜壓成型，無壓燒結(jié)后得到多孔陶瓷材料。在申請公開號為CN 102731098 A的中國專利中公開了一種硅硼氧氮纖維/氮化娃陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，該方法將80?90wt.%的氮化娃，3?1wt.%的硅硼氧氮纖維和3?1wt.%的燒結(jié)助劑經(jīng)混合、成型、燒結(jié)，得到硅硼氧氮纖維增強的氮化硅基復(fù)合材料。
[0004]上述研究采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝制備氮化硅陶瓷或氮化硅基復(fù)合材料，需要添加燒結(jié)助劑，不利于提高材料的透波性能；制備溫度高；增強體體積分數(shù)較低，且在成型過程中容易受到破壞，不利于提尚材料的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷的制備方法，結(jié)合了晶須增韌和層狀復(fù)合增韌機制，使得材料的強度和斷裂韌性得到改善。采用了一種流延法結(jié)合CVI法的層狀陶瓷制備工藝，材料的可設(shè)計性強。
[0007]技術(shù)方案
[0008]—種氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷的制備方法，其特征在于步驟如下:
[0009]步驟1、制備氮化硅晶須薄層預(yù)制體:
[0010]步驟al:將質(zhì)量分數(shù)為30?50%的氮化硅晶須、40?60%的溶劑、2?4%的分散劑磷酸三乙酯進行球磨12?24h，然后加入質(zhì)量分數(shù)為3?5%的粘結(jié)劑聚乙烯醇縮丁醛、2?4%的增塑劑、2?4%的消泡劑，繼續(xù)球磨12?24h，真空除泡lOmin，得到晶須漿料；所述溶劑為無水乙醇與2-丁酮按體積比1:1混合配制；所述增塑劑為丙三醇與鄰苯二甲酸二辛酯按體積比1:1混合配制；所述消泡劑為正丁醇與乙二醇按體積比1:1混合配制；
[0011]步驟a2:將晶須漿料進行流延，室溫下干燥后脫模得到氮化硅晶須預(yù)制體薄層；
[0012]步驟2、采用CVI法在氮化硅晶須薄膜預(yù)制體中制備氮化硅基體，完成單層氮化硅晶須增強氮化硅陶瓷的制備:沉積工藝為:以四氯化硅為硅源，氨氣為氮源，氫氣為載氣，氬氣為稀釋氣體，沉積溫度為800?1000°C，沉積時間為20?40h。所述四氯化硅的流量為0.8?1.2L/min，氨氣的流量為0.5?0.7L/min，氫氣的流量為0.8?1.2L/min，氬氣的流量為0.8?1.2L/min0
[0013]以步驟2得到的氮化硅晶須增強氮化硅陶瓷片為基片，重復(fù)步驟a2，在基片正面和背面制備晶須預(yù)制體薄層；再重復(fù)步驟2，在步驟3得到的晶須預(yù)制體薄層中沉積氮化硅基體；多次重復(fù)本過程，反復(fù)進行流延和沉積工藝，直至層狀陶瓷厚度滿足需求。
[0014]所述球磨是在球磨罐中進行。
[0015]所述步驟a2中的流延采用流延機，調(diào)整流延機的前刮刀高度為0.2?0.8_，后刮刀高度為0.4?1.2_，傳速帶速度為0.2?lm/min。
[0016]所述多次重復(fù)次數(shù)為3?10次。
[0017]所述步驟I中的氮化娃晶須直徑為0.1?5 μ m，長度為3?20 μ m。
[0018]所述步驟a2中的流延的氮化娃晶須預(yù)制體薄層的厚度控制在200 μ m?500 μ m之間。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明提出的一種氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷制備方法。使用流延法制備氮化硅晶須薄層預(yù)制體，然后使用化學(xué)氣相滲透工藝在預(yù)制體中制備氮化硅基體，得到氮化硅晶須增強氮化硅復(fù)合材料。以復(fù)合材料為基片，在其兩側(cè)重復(fù)流延和化學(xué)氣相沉積工藝，直至材料厚度達到要求。使用流延法制備的晶須預(yù)制體晶須分散均勻，增強體體積分數(shù)高?；瘜W(xué)氣相沉積工藝相比于燒結(jié)可以降低制備溫度，減少對增強體的傷害，且不需使用燒結(jié)助劑，減少了雜質(zhì)相的影響。同時，晶須增韌和層狀復(fù)合增韌改善了氮化硅陶瓷的韌性。本發(fā)明能夠制備出介電性能和力學(xué)性能優(yōu)異的氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:材料組成為氮化硅晶須和CVI法制備的氮化硅基體，制備過程中不需引入燒結(jié)助劑，可以減少雜質(zhì)的影響。采用流延法制備晶須預(yù)制體，晶須分布均勻，晶須體積分數(shù)較高。采用CVI法制備氮化硅基體，與燒結(jié)相比，制備溫度低，晶須與基體界面結(jié)合良好，晶須所受的損傷較小。將晶須增韌和層狀符合增韌相結(jié)合，有利于提高材料的強度及斷裂韌性。綜合以上可以看出，本發(fā)明可以制備力學(xué)性能和介電性能優(yōu)異的氮化硅晶須增韌氮化硅層狀陶瓷。
【附圖說明】
[0022]圖1為氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷的制備方法流程圖
[0023]圖2為實施例1中氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷拋光斷口的掃描電鏡圖片
[0024]圖3為實施例1中氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷的X射線衍射結(jié)果分析曲線
【具體實施方式】
[0025]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0026]實施例1:
[0027](I)將長徑比5?10的氮化硅晶須、溶劑(無水乙醇和2-丁酮，體積比為1:1)、分散劑(磷酸三乙酯)加入球磨罐中，其中氮化硅晶須、溶劑、分散劑的質(zhì)量分數(shù)分別為35%，55%，2%，低速球磨12h后，向球磨罐中加入質(zhì)量分數(shù)為3%的粘結(jié)劑(聚乙烯醇縮丁醛)、質(zhì)量分數(shù)為3%的增塑劑(丙三醇和鄰苯二甲酸二辛酯，體積比為1:1)、質(zhì)量分數(shù)為2%的消泡劑(正丁醇和乙二醇，體積比為1:1)，球磨12h，得到均勻穩(wěn)定的氮