氮化硼/二氧化硅复相陶瓷是一种适用于超高速飞行器的候选透波材料。该复相陶瓷的抗弯强度最高可达六方氮化硼(h-BN)或石英玻璃(SiO2)的4~7倍,出现了所谓的共增强效应。本项目针对其强化机理开展研究工作。首先制备出了多组分氮化硼/二氧化硅复相陶瓷。抗弯强度测试表明,该复合材料在二氧化硅含量约为30wt.%时达到最大值。根据成分、化学键合、显微结构的分析,可以确定其强化机理主要为(a)细晶强化。主要是氮化硼晶粒的细化,与此同时,分布于氮化硼晶粒间的非晶二氧化硅也必须保持较小的尺寸,一旦发生团聚将使材料强度下降。(b)界面强化。氮化硼中氮和硼可以扩散至二氧化硅中,而二氧化硅中的氧也向氮化硼中扩散,并且形成了B-O-Si键。这就使得氮化硼与二氧化硅间的界面变成一部分化学结合,而非纯机械结合,有利于材料强度的提高。(c)残余压应力强化。非晶二氧化硅具有比氮化硼低的热膨胀系数,所以在二氧化硅中形成的是压应力,使其因加入氮化硼而得到增强。最后,成功合成了新型Y4Si2O7N2-BN复合材料,同样在其中观察到了共增强效应,验证了以上强化机理。
英文主题词Boron nitride/silica composite; Microwave-transparent materials; Element analysis; Microstructure; Strengthening mechanisms