随着武器装备的发展,飞行器马赫数越来越高,气动加热越来越强烈,气动烧蚀的问题也越严重。恶劣的使用环境要求透波复合材料同时具有良好的机械性、介电性和烧蚀性,氮化硅(Si3N4)/硅硼氮(SiBN)陶瓷基复合材料是耐1000℃以上长时使用高温透波材料研究最广泛的体系。中国从2011年开始对Si3N4/SiBN复合材料开展系统研究,其制备工艺主要有先驱体浸渍裂解工艺、化学气相沉积工艺和浆料法。氮化物主要包括氮化硼(BN)、Si3N4和SiBN。
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. 工学 . 航空宇航科学与技术 . 航空 . 航空材料 . 〔航空结构材料〕 . 复合材料 . 陶瓷基复合材料氮化物陶瓷基复合材料
/silicon nitride matrix composite/
最后更新 2022-12-23
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增强纤维和基体均为氮化物的陶瓷基复合材料。
- 英文名称
- silicon nitride matrix composite
- 所属学科
- 航空宇航科学与技术
BN纤维具有良好的介电性能和较高的耐温性,适合于要求耐较高温度且飞行时间较短的中远程导弹天线罩,但是其强度较低,无法满足高速飞行器高速飞行过程受到的气动力,仅适合于要求耐较高温度且飞行时间较短的中远程导弹天线罩,且其极易被氧化,而无法满足高马赫速飞机的重复使用要求。
Si3N4纤维具有优越的力学性能(抗拉强度达到1.85~3.10吉帕)、良好的耐热冲击性、高耐氧化性、高绝缘性以及良好的弹性模量。同时具有较好的耐高温性能,其热分解温度为1900℃。但是其介电常数偏高,纯氮化硅的介电常数约为7,介电损耗0.001~0.005。20世纪80年代,氮化硅纤维开始研制。典型的氮化硅纤维的成分及基本性能见表。
单位 | 成分/wt% | 密度/ (g·cm-3) | 直径/ μm | 拉伸强度/ GPa | 弹性模量/ GPa | |||
Si | N | C | O | |||||
美国道康宁[注] | 59.0 | 28.0 | 10.0 | 3.0 | 2.35 | 10 | 2.10~2.45.00 | 140~175 |
日本东亚燃料公司 | 59.8 | 37.1 | 0.4 | 2.7 | 2.39 | 10 | 2.50 | 300 |
日本东北大学 | 54.0 | 31 | 0.0 | 15.0 | 2.30 | 12 | 1.80 | 139 |
日本原子能研究所 | 58.0 | 35.0 | 4.0 | 3.0 | 2.30 | 15 | 2.00 | 220 |
SiBN纤维则充分结合BN纤维和Si3N4纤维的优点,通过调节陶瓷纤维中硅(Si)、硼(B)、氮(N)的原子比,可以调节纤维的力学性能和介电性能;增加BN相组分,可以提高纤维的介电性能;增加Si3N4相组分,可以从某种程度上改善纤维的力学性能。但是,由于纤维中B元素的加入,其先驱体及纤维工艺过程更复杂,成本更高,技术成熟度低于BN和Si3N4纤维。