日前發(fā)表在《先進(jìn)陶瓷》期刊上的一項研究中，中山大學(xué)的材料學(xué)團(tuán)隊在田志林博士和李斌教授的指導(dǎo)下，通過采用雙溶劑模板和冷凍鑄造技術(shù)，制備出一種具有均勻、細(xì)微結(jié)構(gòu)的多孔氮化硅（Si3N4）陶瓷。

雷達(dá)罩和透波天線窗是飛機(jī)中關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部件，能夠在保護(hù)雷達(dá)天線免受外部干擾的同時，確保可靠的通信。目前，*廣泛使用的透波材料是基于氧化物和氮化物的陶瓷。氮化硅（Si3N4）陶瓷因其高熔點和優(yōu)越的機(jī)械性能，被視為高超音速飛行器應(yīng)用的潛在理想材料。

然而，致密氮化硅（Si3N4）陶瓷的介電性能和熱絕緣性能需要改進(jìn)，以滿足高速飛行中*制導(dǎo)和熱防護(hù)的要求。通過調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)，可以提升透波材料的介電、機(jī)械和熱性能。

因此，多孔氮化硅（Si3N4）陶瓷在高超音速飛機(jī)雷達(dá)罩和天線窗的制造中至關(guān)重要。這些組件必須在承受極端溫度和應(yīng)力的同時，保持較低的介電常數(shù)以確保雷達(dá)的正常功能。傳統(tǒng)上，機(jī)械強(qiáng)度與透波效率之間的平衡一直難以實現(xiàn)，這需要創(chuàng)新的解決方案來同時提升這兩個方面的性能。

該團(tuán)隊采用的這種創(chuàng)新方法可以*控制孔徑和結(jié)構(gòu)，這對高溫透波材料的性能具有重要影響。傳統(tǒng)方法，如直接發(fā)泡、凝膠注模和有機(jī)模板浸漬，往往難以實現(xiàn)所需的孔結(jié)構(gòu)均勻性和規(guī)整性。

這種新方法能夠輕松將各向異性棱柱形孔轉(zhuǎn)化為各向同性的球形孔。該創(chuàng)新顯著協(xié)同提升了多孔氮化硅（Si3N4）陶瓷的機(jī)械、熱和介電性能。

“在本研究中，我們通過雙溶劑模板法結(jié)合冷凍鑄造技術(shù)制備了具有均勻孔結(jié)構(gòu)的多孔氮化硅（Si3N4）陶瓷。所得陶瓷的孔隙率為56%，并展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，其彎曲強(qiáng)度為95±14.8MPa，抗壓強(qiáng)度為132±4.5MPa�！敝猩酱髮W(xué)田博士介紹道。

田博士補(bǔ)充道：“雙溶劑系統(tǒng)豐富了孔結(jié)構(gòu)的多樣性，這與溶劑比例密切相關(guān)。隨著叔丁醇含量的減少，孔結(jié)構(gòu)從棱柱形逐漸過渡為球形。此外，隨著莰烯含量的增加，孔徑先減小后增大。當(dāng)溶劑比例為1:2時，由于溶劑晶體在生長空間上的競爭，平均孔徑達(dá)到*小。更多的叔丁醇會導(dǎo)致晶體和孔徑增大，而減少叔丁醇則讓較小的莰烯晶體占主導(dǎo)地位，從而形成較小的孔徑�！�

他進(jìn)一步補(bǔ)充道：“我們的雙溶劑模板法提供了*的孔徑和結(jié)構(gòu)控制，這對于制造高性能航天應(yīng)用陶瓷至關(guān)重要。叔丁醇和莰烯作為模板的結(jié)合使我們能夠?qū)崿F(xiàn)各向同性的球形孔，從而大大增強(qiáng)了機(jī)械強(qiáng)度和熱性能。溶劑晶體之間的競爭有助于實現(xiàn)*佳孔徑，從而改善在高速飛行條件下的裂紋偏轉(zhuǎn)和能量吸收。”

這項研究為未來透波材料的進(jìn)一步發(fā)展鋪平了道路。田博士表示，接下來的步驟是擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，并對材料性能進(jìn)行微調(diào)，以滿足各種航天應(yīng)用的特定需求。

田博士指出：“我們的*終目標(biāo)是開發(fā)一類可以在廣泛極端環(huán)境中使用的陶瓷�！�

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