平码五不中公式规律
  • / 6
  • 下载费用:30 金币  

一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法.pdf

关 键 ?#21097;?/dt>
一种 高透波性 多孔 铝酸锌 陶瓷 制备 方法
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
摘要
申请专利号:

CN201910095002

申请日:

20190131

公开号:

CN109574650A

公开日:

20190405

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: C04B35/44;C04B38/02 主分类号: C04B35/44;C04B38/02
申请人: 武汉工程大学
发明人: 付萍;李沁键;薛开诚;杜飞鹏;?#31181;?#19996;;陈喆
地址: 430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区光谷一路206号
优先权:
专利代理机构: 33246 代理人: 裴金华
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201910095002

授权公告号:

法律状态公告日:

20190405

法律状态类型:

公开

摘要

本发明提供一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,属于功能性陶瓷技术领域,包括以下步骤:(1)按重量份计将1?4份碱式碳酸锌、10?40份含铝化合物、1?5份氟化锂混合,得到混合粉料;(2)将步骤(1)的混合粉料干压后用冷等静压成型得到生坯;(3)将生坯200?350℃干燥保温,然后在1450~1650℃下烧结保温2?4h,得到多孔铝酸锌陶瓷。本发明利用碱式碳酸锌和含铝化合物加热分解得到的氧化锌和氧化铝,通过反应烧结合成铝酸锌;碱式碳酸锌和含铝化合物加热分解释放出的CO2和H2O气体,以及挥发的LiF作为造孔剂,制备出的多孔陶瓷平均孔径尺寸约500nm~1.2μm,孔隙率为30%~65%,热导率为0.3?1.5W/mK,抗压强度为20?80Mpa,介电常数为2.0?4.5(频率范围0.3~300GHz),介电损耗为10?4~10?3。

权利要求书

1.一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)按重量份计将1-4份碱式碳酸锌、10-40份含铝化合物、1-5份氟化锂混合,得到混合粉料; (2)将步骤(1)所述的混合粉料干压后用冷等静压成型得到生坯; (3)将所述生坯200-350℃缓慢干燥保温,然后在1450~1650℃下烧结保温2-4h,得到多孔铝酸锌陶瓷。 2.根据权利要求1所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,所述含铝化合物为碳酸铝铵、氢氧化铝、勃姆石中的一种或多种。 3.根据权利要求1所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤(1)中混合的方式为湿磨。 4.根据权利要求3所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,所述混合过程为将按重量份计1-5份无水乙?#21152;?#30897;式碳酸锌、含铝化合物、氟化锂混合,球磨5-10h后经筛网过筛。 5.根据权利要求4所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,所述筛网的目数为30-40目。 6.根据权利要求1所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,所述干压的压力为120~160Mpa,所述冷等静压的压力为150~200Mpa。 7.根据权利要求1所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,所述生坯为厚度与?#26412;?#27604;为0.4~0.6的圆柱形。 8.根据权利要求1所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,所述干燥保温的时间为1-1.5h。 9.根据权利要求1所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,所述干燥保温的升?#28388;?#24230;为1-3℃/min。 10.根据权利要求9所述的一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,其特征在于,所述烧结保温的升?#28388;?#24230;为4-7℃/min。

说明书


一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法
技术领域


本发明属于功能性陶瓷技术领域,具体涉及一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备
方法。


背景技术


航空航天领域用透波材料是保护飞行器在恶劣环?#35802;?#23436;成通讯、制导等工作的一
种多功能介质材料,其应用之一就是制备成飞行器(如运载火箭、飞船、导弹等)的天线罩。
随着航空航天技术的发展以及现代化战争的需要,飞行器的飞?#26032;?#36203;数不断提高,天线罩
需承受的温度和热冲击越来越高,要求其必须在更?#37327;?#30340;条件下保持结构的完整性和对高
温高频电磁波的透过性,因此对透波材料提出了更高的性能要求。目前,用于国内外天线罩
的透波材料如?#23435;?#22686;?#20811;?#26009;、Al
2O
3陶瓷、Si
3N
4陶瓷等分别具有耐高温性能差、透波性能差
以及烧结制备困难?#28909;?#28857;,难以满足飞行器进一步发展的要求。因此,探索拥有更佳性能的
材料,制备出轻?#30465;?#36879;波、隔热、耐高温、?#36879;?#34432;、高强度的雷达天线?#32440;?#20855;有?#36136;?#24847;义。


铝酸锌(ZnAl
2O
4)是一种潜在的透波材料,致密化烧结情况下具有低的微波介电常
数(8.5),Q×f 值为56.319 GHz,谐振频率温度系数τ
f为-79 ppm/℃。此外,铝酸锌还具有
高的熔点(1950℃)、耐高温、抗氧化、良好的机械性能、?#36879;?#34432;、耐磨损及化学稳定性,而且
其绝缘性好、热膨胀系数小(25~900℃,7.0×10
-6/℃)、具有机械?#35895;?#24615;,硬度高,无毒,原
料丰富。


现有技术中制备的铝酸锌材料大多是致密的铝酸锌陶瓷,致密的铝酸锌陶瓷介电
常数高、介电损耗较大、比表面积小,热导率高,透波性能很差,另外保温隔热性能很差。此
外,致密的铝酸锌陶瓷密度大,在使用的过程中会增加航天器材的重量,影响其飞行的安全
性、稳定性和节能性。


发明内容


有鉴于此,本发明提供一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,掺杂少量助烧
剂LiF,利用碱式碳酸锌和含铝化合物在加热过程中分解得到的ZnO和Al
2O
3反应烧结合成
ZnAl
2O
4,分解释放出的CO
2和H
2O气体以及挥发的LiF作为造孔剂,通过改变烧结温度和烧结
时间,对孔径尺寸及其分布、孔隙率及其均匀性进?#26800;?#25511;,制备出孔径尺寸均匀、介电常数
低、介电损耗小、比表面积大、热导率低的陶瓷材料。


本发明为一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法,包括以下步骤:


(1)按重量份计将1-4份碱式碳酸锌、10-40份含铝化合物、1-5份氟化锂、 1-5份无水乙
醇混合,氧化锆球作为球磨介质,在400~1000r/min转速下球磨5~10小?#20445;?#23558;球磨后的混合
粉末放入干燥箱内,在50~75℃下对料浆进行干燥,时间为2~5小时。料浆干燥后经30-40目
的筛网过筛,得到混合粉料。


所述含铝化合物为三氧化二铝的提供者,能够加热分解以后转化为三氧化二铝,
含铝化合物可以为碳酸铝铵、氢氧化铝、勃姆石中的一种或多种。


碱式碳酸锌和含铝化合物在加热过程中分解得到的ZnO和Al
2O
3反应烧结合成
ZnAl
2O
4,分解释放出的CO
2和H
2O气体以及挥发的LiF作为造孔剂,通过改变烧结温度和烧结
时间,对孔径尺寸及其分布、孔隙率及其均匀性进?#26800;?#25511;。


LiF在烧结的过程中能够作为助烧剂?#26723;?#28903;结温度,节约生产成本和能耗,另外在
高温烧结的过程中LiF会挥发,留下孔隙,所以在混合的时候一定要混合均匀保证粉料中各
种物质均匀分散,以使得孔隙能够均匀分布。


(2)将步骤(1)中的粉体在压片机上用120~160MPa的压力干压成型后,在150~
200MPa的压力下经冷等静压压制成厚度与?#26412;?#27604;为0.4~0.6的圆柱形试样,得到生坯。


(3)将所述生坯200-350℃干燥保温1-1.5h,升?#28388;?#24230;为1-3℃/min,然后在1450~
1650℃下烧结保温2-4h,升?#28388;?#24230;为4-7℃/min,得到多孔铝酸锌陶瓷。


将生坯先在200-350℃下保温,此过程的主要作用是使生坯中的水份挥发以及碱
式碳酸锌和含铝化合物发生分解,此步骤主要有两个作用,其一,将坯体内的水分以及原料
分解产生的CO
2和H
2O气体缓慢排除,避免在烧结过程中引起坯体开裂;其二,CO
2和H
2O气体
排出后会在生坯中留下孔隙,这是在陶瓷内造孔的第一步,采用干压和冷等静压结合的方
式,生坯的均匀性较好。


完成生坯的水分以及分解气体排除以后进行烧结,通过数次的实验能够?#19994;?#36739;适
宜的烧结温度、保温时间以及升?#28388;?#24230;。在烧结过程中,升温制度、烧结温度和保温时间的
选择是影响多孔陶瓷孔隙?#30465;?#23380;径尺寸及其分布的关键,直接决定了最终多孔陶瓷的结构
和性能,本发明中较适宜的烧结温度为1450~1650℃,保温时间为2-4h,升?#28388;?#29575;为4-7℃/
min。烧结过程能够决定陶瓷烧结体的力学性能、热学性能和介电性能,如抗弯强度、热导
?#30465;?#20171;电常数和介电损耗等。


ZnAl
2O
4多孔陶瓷将?#28304;持?#23494;ZnAl
2O
4陶瓷的性能有很大的改善作用,当ZnAl
2O
4
陶瓷中引入孔隙?#20445;?#30001;于空气的热导率为0.029 W/(m·K),所以多孔ZnAl
2O
4透波陶瓷的孔
隙率越高,孔径尺寸越小,热导率越低;空气的介电常数为1,介电损耗为0,所以介电常数和
介电损耗随着ZnAl
2O
4多孔陶瓷孔隙率的增加而下降,高孔隙率的多孔ZnAl
2O
4陶瓷透波性
很好,可以作为优良的透波材料使用。因此,将ZnAl
2O
4制备成高孔隙率的多孔ZnAl
2O
4陶瓷,
使其不仅具有ZnAl
2O
4陶瓷本身的优良性能,同时还具有多孔陶瓷介电常数低、介电损耗小、
比表面积大等优良特性,将可作为恶劣环境中的轻质隔热透波材料使用。


本发明采用的原理为:将碱式碳酸锌和含铝化合物均匀混合,并掺杂少量的低熔
点烧结助剂LiF,一方面利用碱式碳酸锌和含铝化合物加热分解得到的氧化锌和氧化铝,通
过反应烧结合成铝酸锌;另一方面,利用碱式碳酸锌和含铝化合物加热分解过程中释放出
的CO
2和H
2O气体,以及挥发的LiF作为造孔剂,通过改变烧结温度和烧结时间对孔隙结构进
?#38156;?#21046;,制备出具有优良性能的多孔陶瓷,实现一步热处理制备多孔铝酸锌陶瓷。


常压反应烧结具有成?#38236;汀?#25805;作简单的优点。LiF?#26723;土?#21407;料的烧结温度,在烧结
过程中形成?#21512;?#20419;进了烧结颈的形成,陶瓷内部形成了坚固的三维网络结构。制备的多孔
铝酸锌陶瓷,孔径尺寸分布均匀,孔隙率可控,具有良好的高?#38109;?#23398;性能、低的热导?#30465;?#20302;介
电常数和低的介电损耗。本发明制备工艺简单,无需添加造孔剂,成?#38236;停?#21046;备的多孔陶瓷
具有使用温度高、耐热冲击、耐化学腐蚀等优点,属于结构-防热-透波一体化功能材料。


本发明的有益效果:


1)本发明以价格?#22303;?#30340;碱式碳酸锌和含铝化合物作为原料,制备的多孔铝酸锌陶瓷一
方面保留了铝酸锌基体自身优异的综合性能,另一方面,通过引入孔隙,对其热学性能和介
电性能进?#26800;?#25511;,满足天线罩材料的性能要求。制备过程不涉及有机物质的添加,实验的工
艺条件方便,操作简便,成?#38236;停?#23481;?#36164;?#29616;批量化生产。


2)本发明制备得到的多孔铝酸锌陶瓷,具有窄的孔径尺寸分布,平均孔径尺寸约
500nm~1.2μm,孔隙率为30%~65%,热导率为0.3-1.5 W/mK,抗压强度为20-80Mpa,介电常数
为2.0-4.5(频率范围 0.3~300GHz),介电损耗为10
-4 ~ 10
-3。


具体实施方式


下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。


实施例一


(1)按重量份计将1份碱式碳酸锌、10份碳酸铝铵、1份氟化锂、 1份无水乙醇混合,氧化
锆球作为球磨介质,在400r/min转速下球磨5小?#20445;?#23558;球磨后的混合粉末放入干燥箱内,在
50℃下对料浆进行干燥,时间为2小时。料浆干燥后经40目的筛网过筛,得到混合粉料。


(2)将步骤(1)中的粉体在压片机上用160MPa的压力干压成型后,在200MPa的压力
下经冷等静压压制成厚度与?#26412;?#27604;为0.6的圆柱形试样,得到生坯。


(3)将所述生坯200℃干燥保温1h,升?#28388;?#24230;为1℃/min,然后在1450℃下烧结保温
2h,升?#28388;?#24230;为4℃/min,得到多孔铝酸锌陶瓷。


经测试,本实施例制备的多孔铝酸锌陶瓷,平均孔径尺寸约1.2μm,孔隙率为65%,
热导率为0.3 W/mK,抗压强度为20MPa,介电常数为2.0(频率范围 0.3~300GHz),介电损耗
为1×10
-3。


实施例二


(1)按重量份计将4份碱式碳酸锌、40份氢氧化铝、5份氟化锂、5份无水乙醇混合,氧化
锆球作为球磨介质,在1000r/min转速下球磨10小?#20445;?#23558;球磨后的混合粉末放入干燥箱内,
在75℃下对料浆进行干燥,时间为5小时。料浆干燥后经30目的筛网过筛,得到混合粉料。


(2)将步骤(1)中的粉体在压片机上用120MPa的压力干压成型后,在150MPa的压力
下经冷等静压压制成厚度与?#26412;?#27604;为0.4的圆柱形试样,得到生坯。


(3)将所述生坯350℃干燥保温1.5h,升?#28388;?#24230;为3℃/min,然后在1650℃下烧结保
温4h,升?#28388;?#24230;为7℃/min,得到多孔铝酸锌陶瓷。


经测试,本实施例制备的多孔铝酸锌陶瓷,平均孔径尺寸约500nm,孔隙率为30%,
热导率为1.5 W/mK,抗压强度为80MPa,介电常数为4.5(频率范围 0.3~300GHz),介电损耗
为1×10
-4。


实施例三


(1)按重量份计将3份碱式碳酸锌、30份勃姆石、4份氟化锂、4份无水乙醇混合,氧化锆
球作为球磨介质,在800r/min转速下球磨8小?#20445;?#23558;球磨后的混合粉末放入干燥箱内,在70
℃下对料浆进行干燥,时间为4小时。料浆干燥后经35目的筛网过筛,得到混合粉料。


所述含铝化合物为三氧化铝的提供者,能够在高温氧化以后转化为三氧化铝,含
铝化合物可以为碳酸铝铵、氢氧化铝、勃姆石中的一种或多种。


(2)将步骤(1)中的粉体在压片机上用140MPa的压力干压成型后,在180MPa的压力
下经冷等静压压制成厚度与?#26412;?#27604;为0.5的圆柱形试样,得到生坯。


(3)将所述生坯275℃干燥保温1.2h,升?#28388;?#24230;为2℃/min,然后在1600℃下烧结保
温3h,升?#28388;?#24230;为6℃/min,得到多孔铝酸锌陶瓷。


经测试,本实施例制备的多孔铝酸锌陶瓷,平均孔径尺寸约700nm,孔隙率为55%,
热导率为0.8W/mK,抗压强度为60MPa,介电常数为3.5(频率范围 0.3~300GHz),介电损耗为
8×10
-4。


实施例四


(1)按重量份计将3份碱式碳酸锌、35份氢氧化铝、5份氟化锂、5份无水乙醇混合,氧化
锆球作为球磨介质,在1000r/min转速下球磨10小?#20445;?#23558;球磨后的混合粉末放入干燥箱内,
在75℃下对料浆进行干燥,时间为5小时。料浆干燥后经40目的筛网过筛,得到混合粉料。


(2)将步骤(1)中的粉体在压片机上用160MPa的压力干压成型后,在180MPa的压力
下经冷等静压压制成厚度与?#26412;?#27604;为0.5的圆柱形试样,得到生坯。


(3)将所述生坯300℃干燥保温1.5h,升?#28388;?#24230;为3℃/min,然后在1550℃下烧结保
温4h,升?#28388;?#24230;为6℃/min,得到多孔铝酸锌陶瓷。孔隙率为45%,热导率为0.9 W/mK,抗压强
度为70MPa,介电常数为4.0(频率范围 0.3~300GHz),介电损耗为2×10
-4。


有益效果:1)本发明以价格?#22303;?#30340;碱式碳酸锌和含铝化合物作为原料,制备的多
孔铝酸锌陶瓷一方面保留了铝酸锌基体自身优异的综合性能,另一方面,通过引入孔隙,对
其热学性能和介电性能进?#26800;?#25511;,满足天线罩材料的性能要求。制备过程不涉及有机物质
的添加,实验的工艺条件方便,操作简便,成?#38236;停?#23481;?#36164;?#29616;批量化生产。


2)本发明制备得到的多孔铝酸锌陶瓷,具有窄的孔径尺寸分布,平均孔径尺寸约
500nm~1.2μm,孔隙率为30%~65%,热导率为0.3-1.5 W/mK,抗压强度为20-80Mpa,介电常数
为2.0-4.5(频率范围 0.3~300GHz),介电损耗为10
-4 ~ 10
-3。


3)该制备方法工艺简单、效率高、成?#38236;汀?#26080;毒,可实现工业化批量生产,制备的多
孔铝酸锌陶瓷具有良好的热学性能、力学性能以及微波介电性能,可在高温下长时间工作,
在航空航天领域作为飞行器天线罩材料具有广阔的应用前景。


本发明不局限于上述具体的实施方式,本发明可以有各种更改和变化。凡是依据
本发明的技术实?#35782;?#20197;上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明
的保护范围。


关于本文
本文标题:一种高透波性多孔铝酸锌陶瓷的制备方法.pdf
链接地址:http://www.pqiex.tw/p-6151670.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
平码五不中公式规律 上海时时乐走势图彩经网 舟山清墩手机版下载 宁夏11选5开奖结 3d组三和组六判定 南国彩票七星彩论坛 复式双色球中奖查 新疆喜乐彩开奖公告 北京赛车投注老平台 北京11选5 预测软件 456棋牌游戏中心官网