《多級孔隙結構Si2N2O/Si3N4複合材料的構築與透波性能調控》是依託鄭州大學，由范冰冰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多級孔隙結構Si2N2O/Si3N4複合材料的構築與透波性能調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范冰冰
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微波燒結製備材料新技術的發展急需高透波複合材料的技術創新和理論突破。本項目以非晶Si3N4與SiO2為原料，原位反應製備低維Si2N2O與β-Si3N4納米相協同增強多級孔隙結構的Si2N2O/Si3N4複合材料，通過調控複合材料組成、界面結構、孔隙特徵，實現結構-功能協同增強。重點研究組分含量、微觀形貌與界面結合特徵對Si2N2O/Si3N4複合材料介電性能的影響，揭示由材料本徵損耗與界面結構損耗所產生的高透波機理；最佳化孔隙結構設計，研究Si2N2O/Si3N4複合材料力學、隔熱與介電效應特徵，揭示由孔隙結構特徵所產生的高透波機理，建立相關介電模型，闡明材料“組成-孔隙結構-力學-隔熱-介電性能”內在關聯。項目實施將為微波燒結用高抗熱震、隔熱與高透波的“結構-功能”一體化的保溫材料的設計和製備提供理論基礎與技術支持。
結題摘要
微波燒結作為一種先進的材料製備技術，它具有升溫速度快、能源利用率高、加熱效率高和安全無污染等特點，已經成為材料燒結領域新的研究熱點。目前，微波窯的使用溫度主要在800℃以下，使用溫度在1300℃以上的高溫微波燒結窯十分少見，究其原因主要是缺少集抗熱震、隔熱、高透波於一體的耐火材料。多孔Si2N2O陶瓷不僅具有較低的介電常數和介電損耗，同時具備優異的抗氧化和抗熱震性能。因此，多孔Si2N2O陶瓷的製備與性能研究可拓展其在微波窯以及高溫耐熱組件方面的套用，具有十分重要的套用價值。本項目以非晶氮化矽（Si3N4）為原料，以碳酸鋰、碳酸鈉為燒結助劑，利用燒結助劑低溫熔融高溫強揮發特性，達到低溫促進燒結，高溫淨化晶間相的目的，同時利用其高溫揮發產生氣孔製備出了綜合性能優異的多孔純相Si2N2O陶瓷及其複合材料，通過調控複合材料組成、界面結構、孔隙特徵，實現結構-功能協同增強效應。重點研究了添加劑種類與含量對Si2N2O/Si3N4複合材料介電性能的影響，揭示由材料本徵損耗與界面結構損耗所產生的高透波機理；通過成型壓力的控制，製備了密度梯結構可控的Si2N2O陶瓷，研究了Si2N2O/Si3N4複合材料力學、隔熱與介電效應特徵；同時研究了不同球磨方式對氮氧化矽材料的物相組成及其分布比例 、微觀形貌等方面的影響。隨著燒結助劑含量的升高，Si2N2O陶瓷的抗彎強度、斷裂韌性和彈模量都呈升高趨勢，在孔隙率為49.78%的情況下，抗彎強度仍可達 50 MPa，斷裂韌性為 1.34 MPa·m1/2，彈性模量為22.6 GPa，當碳酸鋰含量為 2 wt.%時，多孔Si2N2O陶瓷（氣孔率為 52.64%）的介電常數和損耗分別為3.54和0.0029。本項目實施為微波燒結用高抗熱震、隔熱與高透波的“結構-功能”一體化的保溫材料的設計和製備提供理論基礎與技術支持。
