中國(guó)粉體網(wǎng)訊 高溫透波材料是保護(hù)飛行器在惡劣環(huán)境下通訊、遙測(cè)、制導(dǎo)、引爆等系統(tǒng)正常工作的一種多功能介質(zhì)材料，在運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈及返回式衛(wèi)星等飛行器無(wú)線電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要以及導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，飛行器的飛行馬赫數(shù)不斷提高，對(duì)雷達(dá)天線罩的耐高溫抗燒蝕性能要求也日益提高。傳統(tǒng)的石英陶瓷透波材料介電性能優(yōu)異、抗熱沖擊性好，但使用溫度低、韌性差、抗雨蝕性差，目前已基本到了其極限能力。氮化物系陶瓷材料具有耐高溫、低介電、抗蠕變、抗熱震、抗氧化等優(yōu)異性能，成為理想的高溫透波材料。
常用無(wú)機(jī)透波材料的介電性能
常用無(wú)機(jī)透波材料的優(yōu)缺點(diǎn)
氮化物陶瓷
氮化硅
氮化硅是共價(jià)鍵化合物，屬六方晶系，有α-晶型和β-晶型兩種結(jié)構(gòu)。兩種晶型的化學(xué)成分和密度相同，均是六方體。不同的是α-晶型晶胞的c軸長(zhǎng)度大約是β-晶型的2倍。由于Si-N高度共價(jià)的化學(xué)鍵結(jié)合強(qiáng)度高，屬難燒結(jié)物質(zhì)。根據(jù)制備方法的不同，將氮化硅陶瓷分為反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷和熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷兩類。氮化硅具有良好的綜合性能，即高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、抗熱震、耐雨蝕、抗氧化和相對(duì)適中的介電常數(shù)。
對(duì)于高馬赫數(shù)導(dǎo)彈而言，燒結(jié)法制備的大多數(shù)氮化硅陶瓷的相對(duì)介電常數(shù)和介電損耗角正切仍然偏高，且因其脆性導(dǎo)致的災(zāi)難性損毀仍然制約著氮化硅陶瓷的應(yīng)用。因此，進(jìn)一步研究降低氮化硅透波材料的相對(duì)介電常數(shù)和介電損耗角正切，提高它的強(qiáng)度、韌性和抗雨蝕性，制備纖維、晶須或顆粒增韌的氮化硅基復(fù)合材料以及發(fā)展商品化的氮化硅纖維將是氮化硅透波材料的發(fā)展方向。
氮化硼
氮化硼是共價(jià)鍵化合物，有六方和立方兩種晶型。六方晶系氮化硼具有類似于石墨的結(jié)構(gòu)，具有潤(rùn)滑性且硬度低，被稱為“白石墨”；立方晶系氮化硼與金剛石硬度相近，但比金剛石更耐高溫和抗氧化。氮化硼陶瓷相對(duì)氮化硅陶瓷，具有更好的熱穩(wěn)定性和更低的相對(duì)介電常數(shù)、介電損耗，是為數(shù)不多的分解溫度高達(dá)3000℃的耐高溫化合物之一，而且在很寬的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的熱、電性能，但是其強(qiáng)度和彈性模量偏低、熱導(dǎo)率較高、抗蝕性差，且由于制備工藝限制難以制備較大尺寸構(gòu)件。因此，單純的氮化硼陶瓷不宜用作高馬赫天線罩透波材料，與其它材料復(fù)合是其研究的主要方向。
氮化鋁
氮化鋁屬六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其N原子為六方密堆結(jié)構(gòu)，而Al原子占據(jù)1/2四面體位置，氮化鋁是一種性能優(yōu)異的耐高溫透波材料。對(duì)于高馬赫數(shù)導(dǎo)彈來(lái)說(shuō)，氮化鋁由于相對(duì)介電常數(shù)偏高且抗氧化性較差，用作透波材料的研究日益減少。
塞隆陶瓷
在熱壓氮化硅中加入氧化鋁，β-Si3N4晶型晶格中的Si4+和N3-可被Al3+和O2-所取代。以(Si，Al)、(O，N)四面體為結(jié)構(gòu)單元形成一系列包括玻璃相和金相的新材料，稱為塞隆(Sialon)。它兼具氮化硅、氧化鋁、氧化硅等數(shù)種陶瓷的特性，并可通過(guò)改變其中某組分的含量來(lái)對(duì)材料的整體性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，用作透波材料的主要是β-Sialon，它具有與β-Si3N4相同的晶體結(jié)構(gòu)，但介電性能和燒結(jié)性能均比β-Si3N4有所提高。
氮化物材料的制備方法
燒結(jié)法
燒結(jié)法又可分為反應(yīng)燒結(jié)、反應(yīng)重?zé)Y(jié)、熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)等幾種，燒結(jié)法工藝簡(jiǎn)單、成熟、材料成本低，但制品性能差，不適合于高性能氮化物透波材料的制備。
PIP法
PIP法是新開(kāi)發(fā)的陶瓷基復(fù)合材料制備方法，在制備SiC基、Si3N4基、BN基復(fù)合材料上得到應(yīng)用。采用這種工藝方法時(shí)結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性好，材料組分的純度高、性能好。缺點(diǎn)是合適的先驅(qū)體難以制備且價(jià)格昂貴，制備周期長(zhǎng)，需要多次循環(huán)滲浸才能實(shí)現(xiàn)致密化；先驅(qū)體熱處理過(guò)程中有很大的體積收縮，基體中裂紋較多。該工藝適合制備高性能的氮化物透波材料。
CVI法
CVI法起源于上世紀(jì)60年代中期，是在化學(xué)氣相沉積的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的方法。CVI是將具有特定形狀預(yù)置體置于沉淀爐中，通入的氣態(tài)前驅(qū)體通過(guò)擴(kuò)散、對(duì)流等方式進(jìn)入預(yù)制體內(nèi)部，在一定溫度下發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)的陶瓷類物質(zhì)并以陶瓷的方式沉積于增強(qiáng)相表面或孔隙中，隨著沉積的增多，孔隙越來(lái)越小，最終成為連續(xù)相，即陶瓷基體。相對(duì)于其他工藝，CVI工藝具有制備溫度低、成分結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性好、適合制備構(gòu)建（如天線罩等圓錐體）等許多優(yōu)勢(shì)，因而特別適合用來(lái)制備氮化物透波材料和天線罩，是高性能透波復(fù)合材料的首選技術(shù)。
參考資料：
王東、劉永勝等.氮化物高溫透波材料及其應(yīng)用研究進(jìn)展
方震宇、曹峰.氮化物陶瓷系高溫透波材料的研究進(jìn)展
宋麥麗、傅利坤.高性能耐高溫陶瓷透波材料的研究進(jìn)展
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除
