一种氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种一种层状陶瓷及其制备方法，特别涉及一种氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高温透波材料是保障航空航天飞行器在工作环境下实现通讯、遥测、制导、引爆等环节的多功能介质材料。随着航空航天技术及军事科技的发展，现代航空航天飞行器的飞行速度不断提高，工作环境愈加复杂，对高温透波材料提出了更高的要求。高温透波材料需具有优异的介电性能、良好的耐热性、耐环境行和较高的力学性能。氮化硅(Si3N4)陶瓷以其优秀的综合性能被认为是下一代高性能高温透波材料的首选，受到了大量关注和广泛研究。
[0003]在申请公布号为CN 103274696 A的中国专利中公开了一种热透波多孔陶瓷材料及其制备方法，该方法将氮化硅、氮化硼、烧结助剂等均匀混合，造粒后冷等静压成型，无压烧结后得到多孔陶瓷材料。在申请公开号为CN 102731098 A的中国专利中公开了一种硅硼氧氮纤维/氮化娃陶瓷基复合材料及其制备方法，该方法将80?90wt.%的氮化娃，3?1wt.%的硅硼氧氮纤维和3?1wt.%的烧结助剂经混合、成型、烧结，得到硅硼氧氮纤维增强的氮化硅基复合材料。
[0004]上述研究采用传统的烧结工艺制备氮化硅陶瓷或氮化硅基复合材料，需要添加烧结助剂，不利于提高材料的透波性能；制备温度高；增强体体积分数较低，且在成型过程中容易受到破坏，不利于提尚材料的力学性能。
【发明内容】
[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷的制备方法，结合了晶须增韧和层状复合增韧机制，使得材料的强度和断裂韧性得到改善。采用了一种流延法结合CVI法的层状陶瓷制备工艺，材料的可设计性强。
[0007]技术方案
[0008]—种氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷的制备方法，其特征在于步骤如下:
[0009]步骤1、制备氮化硅晶须薄层预制体:
[0010]步骤al:将质量分数为30?50%的氮化硅晶须、40?60%的溶剂、2?4%的分散剂磷酸三乙酯进行球磨12?24h，然后加入质量分数为3?5%的粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、2?4%的增塑剂、2?4%的消泡剂，继续球磨12?24h，真空除泡lOmin，得到晶须浆料；所述溶剂为无水乙醇与2-丁酮按体积比1:1混合配制；所述增塑剂为丙三醇与邻苯二甲酸二辛酯按体积比1:1混合配制；所述消泡剂为正丁醇与乙二醇按体积比1:1混合配制；
[0011]步骤a2:将晶须浆料进行流延，室温下干燥后脱模得到氮化硅晶须预制体薄层；
[0012]步骤2、采用CVI法在氮化硅晶须薄膜预制体中制备氮化硅基体，完成单层氮化硅晶须增强氮化硅陶瓷的制备:沉积工艺为:以四氯化硅为硅源，氨气为氮源，氢气为载气，氩气为稀释气体，沉积温度为800?1000°C，沉积时间为20?40h。所述四氯化硅的流量为0.8?1.2L/min，氨气的流量为0.5?0.7L/min，氢气的流量为0.8?1.2L/min，氩气的流量为0.8?1.2L/min0
[0013]以步骤2得到的氮化硅晶须增强氮化硅陶瓷片为基片，重复步骤a2，在基片正面和背面制备晶须预制体薄层；再重复步骤2，在步骤3得到的晶须预制体薄层中沉积氮化硅基体；多次重复本过程，反复进行流延和沉积工艺，直至层状陶瓷厚度满足需求。
[0014]所述球磨是在球磨罐中进行。
[0015]所述步骤a2中的流延采用流延机，调整流延机的前刮刀高度为0.2?0.8_，后刮刀高度为0.4?1.2_，传速带速度为0.2?lm/min。
[0016]所述多次重复次数为3?10次。
[0017]所述步骤I中的氮化娃晶须直径为0.1?5 μ m，长度为3?20 μ m。
[0018]所述步骤a2中的流延的氮化娃晶须预制体薄层的厚度控制在200 μ m?500 μ m之间。
[0019]有益效果
[0020]本发明提出的一种氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷制备方法。使用流延法制备氮化硅晶须薄层预制体，然后使用化学气相渗透工艺在预制体中制备氮化硅基体，得到氮化硅晶须增强氮化硅复合材料。以复合材料为基片，在其两侧重复流延和化学气相沉积工艺，直至材料厚度达到要求。使用流延法制备的晶须预制体晶须分散均匀，增强体体积分数高。化学气相沉积工艺相比于烧结可以降低制备温度，减少对增强体的伤害，且不需使用烧结助剂，减少了杂质相的影响。同时，晶须增韧和层状复合增韧改善了氮化硅陶瓷的韧性。本发明能够制备出介电性能和力学性能优异的氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷。
[0021]本发明的有益效果是:材料组成为氮化硅晶须和CVI法制备的氮化硅基体，制备过程中不需引入烧结助剂，可以减少杂质的影响。采用流延法制备晶须预制体，晶须分布均匀，晶须体积分数较高。采用CVI法制备氮化硅基体，与烧结相比，制备温度低，晶须与基体界面结合良好，晶须所受的损伤较小。将晶须增韧和层状符合增韧相结合，有利于提高材料的强度及断裂韧性。综合以上可以看出，本发明可以制备力学性能和介电性能优异的氮化硅晶须增韧氮化硅层状陶瓷。
【附图说明】
[0022]图1为氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷的制备方法流程图
[0023]图2为实施例1中氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷抛光断口的扫描电镜图片
[0024]图3为实施例1中氮化硅晶须增强氮化硅层状陶瓷的X射线衍射结果分析曲线
【具体实施方式】
[0025]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0026]实施例1:
[0027](I)将长径比5?10的氮化硅晶须、溶剂(无水乙醇和2-丁酮，体积比为1:1)、分散剂(磷酸三乙酯)加入球磨罐中，其中氮化硅晶须、溶剂、分散剂的质量分数分别为35%，55%，2%，低速球磨12h后，向球磨罐中加入质量分数为3%的粘结剂(聚乙烯醇缩丁醛)、质量分数为3%的增塑剂(丙三醇和邻苯二甲酸二辛酯，体积比为1:1)、质量分数为2%的消泡剂(正丁醇和乙二醇，体积比为1:1)，球磨12h，得到均匀稳定的氮