一种低介电多孔莫来石透波材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低介电多孔莫来石透波材料及其制备方法，所述多孔莫来石透波材料具有闭孔结构，其孔隙率为30～70%，优选为30～51%。

A Low Dielectric Porous Mullite Wave Transmitting Material and Its Preparation Method

The invention relates to a low dielectric porous mullite wave-transmitting material and a preparation method. The porous mullite wave-transmitting material has a closed pore structure, and its porosity is 30-70%, preferably 30-51%.

【技术实现步骤摘要】
一种低介电多孔莫来石透波材料及其制备方法
本专利技术涉及一种莫来石多孔陶瓷透波材料及其制备技术，具体涉及一种利用表面活性剂分子对颗粒的部分疏水改性实现颗粒稳定泡沫从而制备得到孔径细小均匀且具有闭孔结构的多孔莫来石透波材料的制备方法，属于功能陶瓷

技术介绍
天线罩由于其特殊的使用环境，需要其具有耐高温、抗热震、耐冲刷、耐腐蚀、低介电常数和介电损耗以及防潮的特点。目前，应用于天线罩的陶瓷材料或多或少都具有一定的缺点。其中，应用最为成熟的石英陶瓷及其复合材料(中国公开号CN103724037B)虽然具有优异的抗热震性和介电性能，但是石英材料强度较低，耐温性差，因此只能应用于飞行速度小于5马赫的飞行条件，极大的限制了其进一步的拓展应用。而氮化硅陶瓷(中国公开号CN101955359A，中国公开号CN103724036B)作为天线罩材料虽然具有优异的机械性能、很高的热稳定性、较低的介电常数，能经受6～7马赫飞行条件下的热冲击。但是，其具有制备工艺成本高，高温易氧化的缺点。为此，亟须寻找一种具有较高机械强度、低的介电常数、抗氧化以及制备成本低的材料。莫来石作为一种无机陶瓷材料具有优越的力学、热学、甚至介电性能。其高的热稳定性、低热膨胀系数(4.5-～5.6×10-6/K)、低热导率(2～15W/(m·K))、高抗蠕变性能、良好的耐腐蚀性且兼具高的强度以及断裂韧性，于此同时具有良好的介电性能(ε～7)。在自然界中合成莫来石的原料Al2O3和SiO2在地球上储量十分丰富，为此，人们通常采用人工方法合成莫来石。目前，莫来石的制备工艺已经十分成熟，且制备成本低，加之其优异的力学，热学介电性能，使其在天线罩方面具有极大的应用潜力。现如今，为提高陶瓷材料的介电性能，最为常用的方法就是制备为多孔陶瓷。多孔陶瓷透波材料本身密度低，气孔率高，介电常数较小，抗腐蚀耐热性能良好，使用寿命长，且介电常数可以根据气孔率的多少进行调节，能在较大温度范围内正常使用，优异的性能使其在透波天线罩方面有很大的应用空间，是一种理想的新型高性能天线罩候选材料。目前，制备多孔陶瓷的方法通常有颗粒堆积法、添加造孔剂法、有机泡沫浸渍成型法、发泡法、挤压成型法等。发泡法由于具有工艺简单、容易制备得到高孔隙率多孔陶瓷的优点使其可以应用于多孔莫来石的制备中(中国公开号CN104446623A)，但是由于其泡沫稳定性差使其制备得到的多孔陶瓷孔径较大，孔经分布不均匀，极大地影响的其力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种密度低、介电性能好的莫来石多孔陶瓷透波材料及其制备方法。一方面，本专利技术提供了一种多孔莫来石透波材料，所述多孔莫来石透波材料的原料组分包括72～78wt.％氧化铝粉体和22～28wt.％氧化硅粉体，所述原料组分质量百分比之和为100wt％；所述多孔莫来石透波材料具有闭孔结构，其孔隙率为30～70％，优选为30～51％。较佳地，所述多孔莫来石透波材料的平均孔径为21～61μm。较佳地，所述多孔莫来石透波材料的介电常数为3.29～4.62，介电损耗tgδ为5.34×10-4～1.41×10-3。另一方面，本专利技术还提供了一种如上述的多孔莫来石透波材料的制备方法，包括：(1)按照所述多孔莫来石透波材料的原料组分称取氧化铝粉体和氧化硅粉体并混合，得到混合粉体；(2)以分散剂分散混合粉体形成水基陶瓷浆料，并控制水基陶瓷浆料的固含量为50～55vol.％；(3)向所得水基陶瓷浆料中加入与分散剂具有相反电荷的表面活性剂，利用表面活性剂对所述分散剂进行疏水改性，得到疏水改性的陶瓷浆料；(4)对所得疏水改性的陶瓷浆料进行机械搅拌发泡得到泡沫浆料，然后注入模具，泡沫浆料在室温下原位固化，再经脱模、干燥、烧结制得泡沫陶瓷。本专利技术通过疏水改性的颗粒吸附聚集于气液界面，使得泡沫中能量高的气液界面被能量低的液固、气固界面所代替，从而降低整个泡沫的表面能，使得气泡可以在液相中稳定存在。这种方法制备得到的泡沫具有高的稳定性，即使长时间静置，泡沫也不会破裂。此种方法的优点在于制备得到的泡沫极其稳定，在干燥过程中基本不会发生泡沫的粗化和长大，且其孔隙孔结构均可调。而且，选用反应烧结法，通过采用一定配比的较纯的氧化铝与氧化硅粉在高温烧结过程中直接在气泡界面原位反应生成高纯的莫来石，得到莫来石陶瓷。将运用此方法获得莫来石制作为多孔陶瓷，可在其优良的热稳定性、抗蠕变性、耐腐蚀性的基础上进一步提高其介电性能，以满足透波材料的各项性能要求。此外，此方法可在陶瓷中引入闭气孔，可以提供其防潮能力以及较高的强度，从而得到性能良好的透波莫来石材料。较佳地，所述分散剂为阴离子型聚电解质分散剂，优选为异丁烯-马来酸酐共聚物，更优选为相对分子质量5500～6500的异丁烯-马来酸酐共聚物；所述分散剂的加入量为混合粉体质量的0.1～0.2wt.％。较佳地，所述表面活性剂为直链烷基阳离子表面活性剂，优选为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；所述表面活性剂的加入量为陶瓷粉体质量的0.25～0.35wt.‰。较佳地，所述机械搅拌发泡为在600～1000转/分钟的转速下搅拌4～6分钟；所述原位固化为在室温下放置6～18小时。较佳地，所述氧化铝粉体的中位粒径≤1μm；所述氧化硅粉的中位粒径≤5μm。较佳地，在球磨混合过程中进行混合粉体的分散和疏水改性；所述球磨混合的转速为200～300转/分钟，总时间为60～180分钟。较佳地，所述干燥的温度为20～30℃，时间为24～72小时；所述烧结的温度为1400～1600℃，时间为2～4小时。本专利技术可通过调节表面活性剂加入量和机械搅拌发泡工艺来控制莫来石多孔陶瓷的气孔率。具有可控性高，工艺实用性强的特点。针对应用于透波材料的制备，可以制备得到具有一定孔隙率、低介电常数且工艺成本低的多孔陶瓷透波材料。与现有常用透波材料相比，本专利技术制备得到的多孔莫来石材料相较于较石英材料强度高，耐温性好。相较于氮化硅材料不会发生高温氧化，制备成本低。是一种综合性能较优的多孔陶瓷天线罩材料。附图说明图1为实施例1制备的多孔莫来石显微结构图(a)和实物图(b)，其中表面活性剂加入量为0.28wt.‰；图2为实施例2制备多孔莫来石的显微结构图(a)和实物图(b)，其中表面活性剂的加入量为0.33wt.‰；图3为实施例5制备得到的多孔莫来石透波材料的显微结构图；图4为实施例1制备得到的多孔莫来石透波材料的气孔分布图；图5为实施例2制备得到的多孔莫来石透波材料的气孔分布图；图6为实施例5制备得到的多孔莫来石透波材料的气孔分布图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术以氧化铝粉体、氧化硅粉体为原料，利用表面活性剂分子对粉体颗粒表面分散剂进行嫁接吸附以达到颗粒稳定泡沫的方法制备得到孔径细小均匀且具有闭孔结构的多孔莫来石透波材料，从而使得多孔莫来石透波材料的强度更高。在本专利技术实施方式中，多孔莫来石透波材料的主要工艺流程包括配料、疏水改性、发泡、注模干燥、烧结五个步骤。具体来说，按照一定比例的氧化铝氧化硅粉体和分散剂配制得到复合粉体浆料。然后向浆料中加入表面活性剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔莫来石透波材料，其特征在于，所述多孔莫来石透波材料具有闭孔结构，其孔隙率为30～70%，优选为30～51%。

【技术特征摘要】
1.一种多孔莫来石透波材料，其特征在于，所述多孔莫来石透波材料具有闭孔结构，其孔隙率为30～70%，优选为30～51%。2.根据权利要求1所述的多孔莫来石透波材料，其特征在于，所述多孔莫来石透波材料的平均孔径为21～61μm。3.根据权利要求1或2所述的多孔莫来石透波材料，其特征在于，所述多孔莫来石透波材料的介电常数为3.29～4.62，介电损耗tgδ为5.34×10-4～1.41×10-3。4.一种如权利要求1-3中任一项所述的多孔莫来石透波材料的制备方法，其特征在于，包括：（1）按照所述多孔莫来石透波材料的原料组分称取氧化铝粉体和氧化硅粉体并混合，得到混合粉体；（2）以分散剂分散混合粉体形成水基陶瓷浆料，并控制水基陶瓷浆料的固含量为50～55vol.%；（3）向所得水基陶瓷浆料中加入与分散剂具有相反电荷的表面活性剂，利用表面活性剂对所述分散剂进行疏水改性，得到疏水改性的陶瓷浆料；（4）对所得疏水改性的陶瓷浆料进行机械搅拌发泡得到泡沫浆料，然后注入模具，泡沫浆料在室温下原位固化，再经脱模、干燥、烧结制得泡沫陶瓷。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为阴离子型聚电解质分散剂，优选为异丁烯-马来...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国红，任剑涛，王士维，赵瑾，薛振海，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31