一種氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發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】
[0002]高溫透波材料是保障航空航天飛行器在工作環境下實現通訊、遙測、制導、引爆等環節的多功能介質材料。隨著航空航天技術及軍事科技的發展，現代航空航天飛行器的飛行速度不斷提高，工作環境愈加復雜，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異的介電性能、良好的耐熱性、耐環境行和較高的力學性能。氮化硅(Si3N4)陶瓷以其優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、燒結助劑等均勻混合，造粒后冷等靜壓成型，無壓燒結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.%的燒結助劑經混合、成型、燒結，得到硅硼氧氮纖維增強的氮化硅基復合材料。
[0004]上述研究采用傳統的燒結工藝制備氮化硅陶瓷或氮化硅基復合材料，需要添加燒結助劑，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性能。
【發明內容】
[0005]要解決的技術問題
[0006]為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷的制備方法，結合了晶須增韌和層狀復合增韌機制，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合CVI法的層狀陶瓷制備工藝，材料的可設計性強。
[0007]技術方案
[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制體:
[0010]步驟al:將質量分數為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，然后加入質量分數為3?5%的粘結劑聚乙烯醇縮丁醛、2?4%的增塑劑、2?4%的消泡劑，繼續球磨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制體薄層；
[0012]步驟2、采用CVI法在氮化硅晶須薄膜預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，重復步驟a2，在基片正面和背面制備晶須預制體薄層；再重復步驟2，在步驟3得到的晶須預制體薄層中沉積氮化硅基體；多次重復本過程，反復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]所述多次重復次數為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制體，然后使用化學氣相滲透工藝在預制體中制備氮化硅基體，得到氮化硅晶須增強氮化硅復合材料。以復合材料為基片，在其兩側重復流延和化學氣相沉積工藝，直至材料厚度達到要求。使用流延法制備的晶須預制體晶須分散均勻，增強體體積分數高。化學氣相沉積工藝相比于燒結可以降低制備溫度，減少對增強體的傷害，且不需使用燒結助劑，減少了雜質相的影響。同時，晶須增韌和層狀復合增韌改善了氮化硅陶瓷的韌性。本發明能夠制備出介電性能和力學性能優異的氮化硅晶須增強氮化硅層狀陶瓷。
[0021]本發明的有益效果是: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助劑，可以減少雜質的影響。采用流延法制備晶須預制體，晶須分布均勻，晶須體積分數較高。采用CVI法制備氮化硅基體，與燒結相比，制備溫度低，晶須與基體界面結合良好，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，本發明可以制備力學性能和介電性能優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射線衍射結果分析曲線
【具體實施方式】
[0025]現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述:
[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、分散劑的質量分數分別為35%，55%，2%，低速球磨12h后，向球磨罐中加入質量分數為3%的粘結劑(聚乙烯醇縮丁醛)、質量分數為3%的增塑劑(丙三醇和鄰苯二甲酸二辛酯，體積比為1:1)、質量分數為2%的消泡劑(正丁醇和乙二醇，體積比為1:1)，球磨12h，得到均勻穩定的氮