一种Si-Al-O-N-B复相陶瓷材料及其制备方法【技术领域】，具体地说，是涉及一种可适用于航天透波领域的S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料及其制备方法。[0002]随着科学技术的高速发展，航空、航天、能源等众多高科技领域均对高性能材料提出了越来越迫切的需求。由于陶瓷具有优异的耐高温、抗烧蚀、耐磨损、高硬度等特性，且具有较高的弹性模量和较低的密度，某些陶瓷基复合材料还兼具防热、隔热、透波等诸多良好功能，因此，世界各发达国家都把陶瓷材料看作对人类未来有重要影响的高技术新材料而予以重点研究。Sialon是一种以氮化硅晶体结构为基础的置换型固溶体，它兼具氮化硅、氧化铝等数种陶瓷的特性，并可通过改变其中某组份的含量来对材料的整体性能进行设计。由于Sialon良好的力学、介电等性能,被认为是航天透波材料的候选材料之一。 [0003]关于Sialon的研究已有大量文献报道。[0004]中国专利申请200610106997.4公开了一种β -Sialon多孔材料的制备方法，以粉煤灰为原料，以硅粉、铝粉为还原剂，采用氮化还原反应工艺制备β -Sialon多孔材料。[0005]中国专利申请200710052469.X公开了一种Sialon复合材料及其制备方法，以铝灰、铝矾土、二氧化硅、铝粉、硅粉等为原料，混合后在氮气中加热反应得到Sialon。以上该方法操作简单，但易残留一些高介电的物质，如硅、铝等，不适用于透波材料。[0006]201110132271.9公开了一种低成本Sialon陶瓷及其制备方法，将硅粉、氧化铝、氧化钐等原料混合、模压成型，在高温下烧结而成。[0007]201310216965.X公开了一种β-Sialon的制备方法，将焦矸、60矾土、粘土、无烟煤等原料共磨、制成湿料、涂抹成型，然后在氮化炉炉中烧结而成。[0008]以上方法制得材料的纯度有限，且均未解决制备复杂构件时带来的成型难的问题。
[0009]Lockheed Martin Corporation 的两项美国专利 US5891815 和 US5925584 分别公开了一种Sialon-BN陶瓷及其制备方法，均是采用原料的混合粉体，在添加烧结助剂的情况下高温烧结而成。US 5891815所得材料的密度为2.80-2.85 g/cm3，介电常数为
7.14-9.52 ;US5925584 材料的密度为 2.70-2.74 g/cm3,介电常数为 6.616-7.67。这些材料的介电常数均偏高(6~10)，同样未解决制备复杂构件时带来的成型难的问题。


[0010]本发明所要解决的技术问题是，克服现有材料纯度有限、介电常数偏高、复杂构件不易成型等缺陷，提供一种综合性能良好、可适用于航天透波领域的S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料，并提供一种容易成型的S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料的制备方法。
[0011]本发明之S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料，是由以下原料及重量份的混合粉体压制成素还:氮化娃25~55重量份、氮化招8~40重量份、氧化招5~45重量份；再将BN的液态先驱体硼吖嗪浸到素坯中，然后经交联固化、高温裂解、烧结而成；其介电常数小于6。
[0012]进一步,所述原料还包括氧化娃5~30重量份。
[0013]进一步，所述以下原料及重量份为:氮化硅30~50重量份，氮化铝10~35重量份，氧化铝10~40重量份。
[0014]进一步,所述以下原料及重量份为:氮化娃:35~50重量份；氮化招10~25重量份；氧化招15~40重量份。
[0015]进一步，所述氧化硅为15~28重量份。
[0016]进一步，所述氧化硅为20~25重量份。
[0017]本发明之S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)素坯的成型:将粒径为Inm~20iim的原料氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化硅按预定比例混合均匀，球磨f35h，再将混合粉体压制成素坯；
(2)将BN的液态先驱体硼吖嗪浸溃到步骤(1)所得素坯中；使液态先驱体的液面高出素还上表面2~30mm,静置0.5~5h,得浸溃有硼卩丫嗪的素还；
(3)将浸溃有硼吖嗪的素坯置于密闭容器中，在惰性气氛的保护下，升温至60~200°C，使硼吖嗪发生交联，保温> 20h直至固化，得紧密粘接有交联固化硼吖嗪的素坯；
(4)将步骤(3)所得 紧密粘接有交联固化硼吖嗪的素坯置于高温炉中，在真空条件下或惰性气氛保护条件下，升温至1200~1850°C，使硼吖嗪裂解，同时使复相陶瓷发生烧结，裂解烧结时间为0.5^3h,即得到S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料。
[0018]进一步,步骤(1)中，球磨时间优选10~30h,
进一步，步骤(3)中，硼吖嗪的交联固化温度优选80~150°C。
[0019]进一步，步骤(4)中，所述硼吖嗪裂解的温度为1300~1800°C。
[0020]进一步，所述浸溃的方法为真空浸溃法、常压浸溃法、加压浸溃法中的一种或几种的结合。
[0021]本发明S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料主要由Sialon和BN组成，将BN的液态先驱体硼吖嗪浸入到素坯中，既起到了粘接的作用，又可有效地降低介电常数；其介电常数小于6 ;产品不易开裂；制备工艺简单可控，还可根据目标产物的性质调整工艺参数，同时可利用先驱体良好的流变特性解决复杂构件的成型难问题。



[0022]图1是实施例1 S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料的XRD图谱；
图2是实施例2 S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料的微观形貌照片。

[0023]实施例1:
本实施例S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料由以下原料及重量份的混合粉体压制成素坯:氮化硅100g、氮化铝50g、氧化铝55g ;再将BN的液态先驱体硼吖嗪浸溃到素坯中，然后经交联固化，高温裂解、烧结而成；其介电常数为4.73。
[0024]制备:
(I)素坯的成型:将100g氮化硅(粒径0.5 i! m)、50g氮化铝(粒径0.8 i! m)、55g氧化铝(粒径1.ομπι)的比例混合均匀，球磨24h，然后采用机械模压成型方法将混合粉体压制成型，模压压力为150MPa。
[0025](2)采用真空(初始气压为IOOPa)浸溃的方式，将BN的液态先驱体硼吖嗪浸入到素还中，硼吖嗪的加入量为漫过素还上表面5mm为止；静置Ih,使先驱体充分渗入素还中。
[0026](3)将已浸溃硼吖嗪的素坯至于密闭容器中，在氮气的保护下，升温至100°C，使硼吖嗪发生交联，保温50h，直至固化。
[0027](4)将素坯与固化后硼吖嗪的粘接混合物置于高温炉中，在氮气保护下，升温至1650°C，保温时间2.5h，使硼吖嗪发生裂解，同时使复相陶瓷发生烧结，即得到S1-Al-O-N-B复相陶瓷透波材料。该材料的XRD图谱如图1所示。该材料中，BN的含量为15wt%，测出介电常数为4.73。产品不易开裂。
[0028]实施例2
本实施例S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料由以下原料及重量份的混合粉体压制成素坯:氮化硅60g、氮化铝80g、氧化铝20g、氧化硅40 g ;再将BN的液态先驱体硼吖嗪浸溃到素坯中，然后经交联固化，高温裂解、烧结而成；其介电常数为3.55。
[0029]制备:
(I)素坯的成型:将60g氮化硅(粒径100nm)、80g氮化铝(粒径200nm)、20g氧化铝(粒径80nm)、40g氧化娃(粒径200nm)混合均匀,球磨12h,然后采用凝胶注模的方法将混合粉体制备成型。
[0030](2)采用加压浸溃的方式，将BN的液态先驱体硼吖嗪浸入到素坯中，硼吖嗪的加入量为漫过素坯上表面5mm为止；静置5h，使硼吖嗪先驱体充分渗入素坯中；施加压力5MPa，介质为氮气。
[0031](3)将已浸溃硼吖嗪的素坯至于密闭容器中，在氩气的保护下，升温至80°C，使硼吖嗪发生交联，保温80h，直至固化。
[0032](4)将素坯与固化后硼吖嗪的粘接混合物置于高温炉中，在真空条件下，升温至1760°C，保温1.5h，使硼吖嗪发生裂解，同时使复相陶瓷发生烧结，即得到S1-Al-O-N-B复相陶瓷透波材料。该材料中，BN的含量为28wt%，测出介电常数为3.55。产品不易开裂。
[0033]实施例3
本实施例S1-Al-O-N-B复相陶瓷材料由以下原料及重量份的混合粉体压制成素坯:氮化硅50g、氮化铝40g、氧化铝50g、氧化硅60 g ;再将BN的液态先驱体硼吖嗪浸溃到素坯中，然后经交联固化，高温裂解、烧结而成；其介电常数为为4.41。
[0034]制备:
Cl)素坯的成型:将50g氮化硅(粒径1(^111)、4(^氮化铝(粒径511111)、5(^氧化铝(粒径3 μ m)、60g氧化硅(粒径2 μ m)混合均匀，球磨30h，然后采用冷等静压的方法将混合粉体制备成型，压力约240MPa。
[0035](2)采用加压浸溃的方式，将BN的液态先驱体硼吖嗪浸入到素坯中，硼吖嗪的加入量为漫过素坯上表面5mm为止；然后，向容器内充入氮气至2MPa，静置5h，使硼吖嗪先驱体充分渗入素坯中。
[0036](3)将已浸溃硼吖嗪的素坯置于密闭容器中，在氩气的保护下，升温至150°C，使硼吖嗪发生交联，保温30h，直至固化。[0037](4)将素坯与固化后硼吖嗪的粘接混合物置于高温炉中，在真空条件下，升温至1300°C，保温时间3h，使硼吖嗪发生裂解，同时使复相陶瓷发生烧结，即得到S1-Al-O-N-B复相陶瓷透波材料。该材料中，BN的含量为21wt%，测出介电 常数为4.41。产品不易开裂。