一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法，采用先驱体共混法将聚硼硅氮烷(PBSZ)和聚铪氧烷(PHO)按照一定体积比例混合，然后经固化、裂解和高温热处理得到SiHfBCN陶瓷。通过对先驱体共混比例和高温热处理温度的调节可实现其吸波性能调控。HfC、HfN和HfB

【技术实现步骤摘要】
一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法
本专利技术属于超高温陶瓷基复合材料的制备方法，涉及一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法，是一种采用先驱体共混法工艺制备富含铪相陶瓷的方法，是一种制备吸波烧蚀一体化的陶瓷的方法。
技术介绍
新一代战机对材料提出了耐烧蚀吸波一体化的新要求。当飞行器的速度大于5马赫时，飞行器表面会发生剧烈摩擦，表层温度迅速升高，此时对热防护材料的耐烧蚀性提出更高需求。随着现代战争中探测和制导技术的发展，飞行器的生存能力和突防能力受到严重威胁。由此，对热防护材料在高耐烧蚀性要求的基础上，进一步提出了高温吸波的要求，以满足飞行器隐身的设计需求。SiBCN作为一种新型四元结构陶瓷，因其特有的组织结构和在高温下良好的热性能受到了广泛的关注。但是在高温下SiBCN陶瓷与氧气反应生成B2O3和SiO2，其氧化产物熔点低，导致在强热流条件下，抗烧蚀性能较差。因此，需要引入抗烧蚀单元。铪相陶瓷材料具有高熔点、高模量、高热导率的特点，在烧蚀条件下会形成高熔点氧化物HfO2，保护内部材料免受侵蚀，增强了材料耐烧蚀性能。由此可知，引入铪相可提高SiBCN的抗烧蚀性能。SiBCN陶瓷为无定形的微结构特点，可以作为吸波型陶瓷复材的基体。将铪相陶瓷引入SiBCN中，可显著提高其吸波性能。目前关于SiHfBCN陶瓷的制备方法主要分为两种，文献“敖冬飞.HfB2/SiBCN复相陶瓷抗热震与耐烧蚀性能的研究[D]”采用了机械合金化法制备了SiHfBCN非晶陶瓷。文献“YuanJ,HapisS,BreitzkeH,etal.Single-Source-PrecursorSynthesisofHafnium-ContainingUltrahigh-TemperatureCeramicNanocomposites(UHTC-NCs)[J].InorganicChemistry,2015,45(49):10443-10455”采用了单源前驱体合成法制备了含β-SiC、HfC、HfN和HfB2四种晶相的SiHfBCN陶瓷。通过第一种方法制备SiHfBCN陶瓷，耗能较大，对设备的要求很高；通过第二种方法制备SiHfBCN陶瓷，成本过高，合成过程需要在无水无氧和低温条件进行，一般实验室或企业难以满足要求，且产物不稳定；这两种方法均不适用于批量生产，且SiHfBCN陶瓷的吸波和抗烧蚀性能的调控至今仍无研究。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法，使用的两种先驱体聚硼硅氮烷(PBSZ)和聚铪氧烷(PHO)均已实现批量生产，因此本方法可行。通过对两种先驱体共混比例和热处理温度的调节，可实现吸波和抗烧蚀性能的调控。本专利技术提出一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法，大大降低了制备的能耗和成本，同时调节先驱体共混比例和热处理温度实现了对SiHfBCN陶瓷吸波和抗烧蚀性能的调控。技术方案一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1、预聚体的制备：将聚硼硅氮烷PBSZ和聚铪氧烷PHO混合，在二甲苯中搅拌、溶解，然后在超声波清洗器中超声分散1-3h，使两种先驱体混合均匀，得到预聚体；步骤2、固化物的制备：将预聚体在干燥箱中固化，温度为150-250℃，时间为2-4h，得到块状固化物；步骤3、固化物粉末的制备：将块状固化物在玛瑙研钵中研磨20-40分钟，然后在筛网下过筛，得到微米尺度的固化物粉末；步骤4、固化物块体的制备：将固化物粉末放入模具中，在6-10MPa的压力下压块，得到固化物块体；步骤5、陶瓷块体的制备：将固化物块体放入石英坩埚，然后转移至管式裂解炉中，在氩气气氛下，在900℃裂解2-4h，得到陶瓷块体；步骤6、陶瓷块体的热处理：将陶瓷块体放入石英坩埚，然后转移至釜式裂解炉中，在氩气气氛下，在1100-1700℃热处理2-10h，得到陶瓷块体。所述步骤1中聚硼硅氮烷PBSZ和聚铪氧烷PHO混合时不同的体积比例，得到的β-SiC、HfC、HfN和HfB2的含量不同。所述步骤6的热处理温度的选择取决于陶瓷块体的晶相和非晶相的比例要求，在1700℃以下，SiHfBCN陶瓷以非晶为主，1700℃开始结晶。所述SiHfBCN陶瓷中晶相占比铪相摩尔分数为60％-85％，β-SiC摩尔分数为15％-40％。所述步骤2的干燥箱采用电热鼓风干燥箱。有益效果本专利技术提出的一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法，采用先驱体共混法将聚硼硅氮烷(PBSZ)和聚铪氧烷(PHO)按照一定体积比例混合，然后经固化、裂解和高温热处理得到SiHfBCN陶瓷。通过对先驱体共混比例和高温热处理温度的调节可实现其吸波性能调控。HfC、HfN和HfB2晶粒达到纳米级别，调节其体积比例，可实现材料对电磁波从吸收到反射的响应。本专利技术能够适用于复合材料，生成的耐烧蚀HfC，HfN和HfB2相，可有效提高其在超高温环境下的抗烧蚀能力。本专利技术的制备方法，通过改变两种先驱体的共混比例和热处理温度，对晶相和非晶相，以及各晶相比例的得以调节，从而实现对其吸波性能的调控。得到的材料中铪化合物相的摩尔分数达到60％-85％，β-SiC摩尔分数为15％-40％。且生成的HfC、HfN和HfB2的尺寸小于500nm，有效的提高了抗烧蚀性能。SiHfBCN陶瓷的开气孔率为30％-65％，密度为3.5-3.9g/cm3。本专利技术能够适用于复合材料，且可以产生HfC、HfN和HfB2，有效增加基体中的铪化合物相的摩尔分数，提高其在超高温环境下的抗烧蚀能力。附图说明图1：本专利技术所制备的SiHfBCN吸波陶瓷的表面XRD图谱，聚硼硅氮烷(PBSZ)和聚铪氧烷(PHO)体积混合比例为1:0.25得到的SiHfBCN吸波陶瓷的XRD图谱；图2：本专利技术所制备的SiHfBCN吸波陶瓷扫描电镜图片，聚硼硅氮烷(PBSZ)和聚铪氧烷(PHO)1:1体积混合比例得到的SiHfBCN陶瓷的SEM图谱具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：实施例1：采用聚硼硅氮烷(PBSZ)和聚铪氧烷(PHO)体积混合比例1:0.25制备SiHfBCN吸波陶瓷具体制备步骤如下：步骤1、预聚体的制备：将20ml聚硼硅氮烷(PBSZ)和5ml聚铪氧烷(PHO)放入250ml的烧杯中，加入一定量二甲苯，然后充分搅拌，在超声波清洗器中超声分散1-3h，使两种先驱体混合均匀，得到预聚体；步骤2、固化物的制备：将步骤1得到的预聚体放入电热鼓风干燥箱中固化，温度为200℃，时间为2h，得到块状固化物；步骤3、固化物粉末的制备：将步骤2得到的块状固化物，放入玛瑙研钵中研磨30分钟，然后在筛网下过筛，得到微米尺度的固化物粉末；步骤4、固化物块体的制备：将步骤3得到的固化物粉末按质量平均分成5份，分别放入一定尺寸的模具中，在6-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法，其特征在于步骤如下：/n步骤1、预聚体的制备：将聚硼硅氮烷PBSZ和聚铪氧烷PHO混合，在二甲苯中搅拌、溶解，然后在超声波清洗器中超声分散1-3h，使两种先驱体混合均匀，得到预聚体；/n步骤2、固化物的制备：将预聚体在干燥箱中固化，温度为150-250℃，时间为2-4h，得到块状固化物；/n步骤3、固化物粉末的制备：将块状固化物在玛瑙研钵中研磨20-40分钟，然后在筛网下过筛，得到微米尺度的固化物粉末；/n步骤4、固化物块体的制备：将固化物粉末放入模具中，在6-10MPa的压力下压块，得到固化物块体；/n步骤5、陶瓷块体的制备：将固化物块体放入石英坩埚，然后转移至管式裂解炉中，在氩气气氛下，在900℃裂解2-4h，得到陶瓷块体；/n步骤6、陶瓷块体的热处理：将陶瓷块体放入石英坩埚，然后转移至釜式裂解炉中，在氩气气氛下，在1100-1700℃热处理2-10h，得到陶瓷块体。/n

【技术特征摘要】
1.一种SiHfBCN吸波陶瓷的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、预聚体的制备：将聚硼硅氮烷PBSZ和聚铪氧烷PHO混合，在二甲苯中搅拌、溶解，然后在超声波清洗器中超声分散1-3h，使两种先驱体混合均匀，得到预聚体；
步骤2、固化物的制备：将预聚体在干燥箱中固化，温度为150-250℃，时间为2-4h，得到块状固化物；
步骤3、固化物粉末的制备：将块状固化物在玛瑙研钵中研磨20-40分钟，然后在筛网下过筛，得到微米尺度的固化物粉末；
步骤4、固化物块体的制备：将固化物粉末放入模具中，在6-10MPa的压力下压块，得到固化物块体；
步骤5、陶瓷块体的制备：将固化物块体放入石英坩埚，然后转移至管式裂解炉中，在氩气气氛下，在900℃裂解2-4h，得到陶瓷块体；
步骤6...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晓孟，张敏，叶昉，薛继梅，成来飞，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61