论文摘要
本文以h-BN陶瓷作为基体材料,加入不同含量和尺寸的SiO2、AlN或Si3N4作第二相,采用热压烧结工艺制备了一系列BN基复合陶瓷,利用XRD、SEM和TEM等分析手段及万能实验机、激光热导仪等设备,全面分析了第二相种类及颗粒尺寸对BN基复合陶瓷微观组织,力学,热学及介电性能的影响,拟为防热透波一体化陶瓷材料与构件的研制开发提供参考。结果表明,热压烧结制备出的一系列BN基复合陶瓷中,SiO2以非晶态的形式与AlN或Si3N4稳定的存在于基体中,h-BN呈片状分布,交叉堆叠形成卡片房式结构。该系列材料的致密度在70.1%92.5%之间变化,纯BN的致密度反而最高,达到92.5%,在本文热压烧结条件下,引入的第二相分布于基体中,阻碍了复合陶瓷的致密化。第二相颗粒尺寸的减小降低复合陶瓷的致密度。BN基复合陶瓷的抗弯强度和弹性模量与材料的致密度保持了一致的变化趋势,而由于AlN颗粒的增韧作用,使复合引入AlN和SiO2的复合陶瓷断裂韧性超过基体BN,达到1.56MPa·m1/2。第二相颗粒尺寸的减小不同程度提高了复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性,该系列材料的抗弯强度和断裂韧性最高达到136.9MPa和1.68MPa·m1/2,但对弹性模量的影响不大。随着温度的升高,BN基复合陶瓷的等压热容单调递增,而热扩散系数和热导率单调递减。在同一温度下,第二相的引入使复合陶瓷的等压热容,热扩散系数和热导率降低。第二相颗粒尺寸的减小有利于降低复合陶瓷的热导率。BN基复合陶瓷的热膨胀系数随温度的升高单调递增,在同一温度下,同时引入AlN或Si3N4及SiO2作第二相的复合陶瓷的热膨胀系数较高。四种材料的平均线热膨胀系数在1.22.0×10-6·K-1区间变化。在低温区域,复合陶瓷出现了负膨胀,这为材料具有良好的抗热震性提供保证。第二相颗粒尺寸的减小有利于降低材料的热膨胀系数。BN基复合陶瓷的介电常数和介电损耗正切随频率的变化基本保持定值,在同一频率下,第二相的引入使复合陶瓷的介电常数减小,在4.2～5.1之间变化。介电损耗正切的变化趋势与介电常数相反,但均在10-3数量级上。第二相颗粒尺寸的减小,降低了复合陶瓷的介电常数,反而增大了材料的介电损耗正切。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 前言1.2 h-BN 陶瓷概述1.2.1 h-BN 陶瓷的晶体结构1.2.2 h-BN 陶瓷的性能和应用1.2.3 h-BN 陶瓷的制备1.3 BN 基复合陶瓷研究进展2 复合陶瓷'>1.3.1 BN/SiO2复合陶瓷1.3.2 BN/AlN 复合陶瓷3N4 复合陶瓷'>1.3.3 BN/Si3N4复合陶瓷1.4 颗粒增强陶瓷基复合材料天线罩研究进展1.4.1 国外研究进展1.4.2 国内研究进展1.5 本课题研究的目的、意义和主要研究内容1.5.1 本论文的目的和研究意义1.5.2 主要研究内容第2章 实验材料和研究方法2.1 试验用主要材料2.1.1 h-BN 粉2.1.2 石英玻璃粉2.1.3 AlN 粉末2.1.4 Si3N4 粉末2.2 复合陶瓷的制备工艺2.3 材料密度测试2.4 材料力学性能测试2.4.1 抗弯强度和弹性模量2.4.2 断裂韧性2.5 材料的组织结构分析2.5.1 XRD 物相分析2.5.2 扫描电镜（SEM）观察2.5.3 透射电镜（TEM）观察2.6 材料热学性能测试2.6.1 等压热容2.6.2 热扩散系数2.6.3 热导率2.6.4 热膨胀系数2.7 材料介电性能测试第3章 BN 基复合陶瓷的组织及力学性能3.1 BN 基复合陶瓷的物相分析3.2 BN 基复合陶瓷的微观组织结构3.2.1 BN 基复合陶瓷的密度和致密度3.2.2 BN 基复合陶瓷的 SEM 显微组织观察3.2.3 BN 基复合陶瓷的 TEM 显微组织观察3.3 BN 基复合陶瓷材料的力学性能3.3.1 BN 基复合陶瓷的抗弯强度3.3.2 BN 基复合陶瓷的弹性模量3.3.3 BN 基复合陶瓷的断裂韧性3.4 BN 基复合陶瓷断口的SEM 观察3.5 本章小结第4章 BN 基复合陶瓷的热学和介电性能4.1 BN 基复合陶瓷的热学性能4.1.1 BN 基复合陶瓷的等压热容4.1.2 BN 基复合陶瓷的热扩散系数4.1.3 BN 基复合陶瓷的热导率4.1.4 BN 基复合陶瓷的热膨胀系数4.2 BN 基复合陶瓷的介电性能4.2.1 BN 基复合陶瓷的介电常数4.2.2 BN 基复合陶瓷的介电损耗正切4.3 本章小结结论参考文献致谢
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