高抗热震熔融石英陶瓷材料烧结与晶化抑制的研究

熔融石英陶瓷是优良的耐高温、抗热震性材料，可用于电子信息、导弹及航天器雷达天线罩、高温匣钵等领域。但是熔融石英陶瓷在高温及温度交变环境使用时熔融石英易发生晶化，因晶化产物方石英的高热膨胀特性，导致材料强度及抗热震等性能劣化，使用次数和安全可靠性降低。此种情况缘于熔融石英的非晶高能态以及熔融石英粉磨后微粒的高表面能，在高温及热震诱导下发生熔融石英质点的重排晶化。近年来在国防科工委的科技项目难题招标中就有该方面的课题需求。本课题创新点是在熔融石英陶瓷中引入晶化抑制添加剂，对熔融石英颗粒降低表面能或施以压应变，抑制熔融石英的晶化；利用添加剂的反应烧结与媒介烧结作用，提高熔融石英陶瓷的烧结性能。本课题采用纳米颗粒复合氧化物、非氧化物作为添加剂，研究不同添加剂对熔融石英陶瓷晶化抑制机理及动力学；研究添加剂对熔融石英陶瓷物相显微结构及抗热震性能的影响；研究添加剂对熔融石英陶瓷烧结促进机理及影响。

以熔融石英玻璃粉体制备的熔融石英陶瓷具有低热膨胀、耐高温、抗热震等特性，是用于电力、电子信息、高温匣钵、导弹及航天器雷达天线罩等领域的重要工程材料。但是熔融石英陶瓷在高温及温度交变环境使用时熔融石英易发生晶化，因晶化产物方石英的高热膨胀特性，导致材料强度及抗热震等性能劣化，使用次数和安全可靠性降低。因此，减小熔融石英陶瓷材料中熔融石英晶化所致的危害，研究熔融石英颗粒晶化及抑制机理，寻求减小或抑制熔融石英颗粒晶化、保证熔融石英陶瓷材料烧结强度的技术途径，提高熔融石英陶瓷材料使用性能和安全可靠性，成为该材料研究与应用各领域亟待解决的技术研究课题。.本课题创新技术思路是在熔融石英粉体中引入晶化抑制添加剂制备熔融石英陶瓷材料，利用添加剂与熔融石英粉体的相互作用降低熔融石英颗粒表面能、减小或抑制熔融石英的晶化程度；并利用添加剂的反应烧结与媒介烧结作用，提高熔融石英陶瓷的烧结性能。.本课题研究主要内容是采用氧化物、稀土氧化物、纳米颗粒复合氧化物、非氧化物-氧化物、复合非氧化物等作为添加剂，研究添加剂对熔融石英陶瓷烧结性能影响、添加剂对熔融石英陶瓷物相组成及显微结构的影响、添加剂对熔融石英的晶化抑制作用以及晶化抑制机理影响。.通过对熔融石英材料烧结和熔融石英晶化抑制方面的创新性研究，探讨了熔融石英陶瓷材料的烧结促进机理、熔融石英的晶化抑制机理，获得了低晶化熔融石英陶瓷材料的制备技术参数。引入添加剂试样与空白对比试样相比，熔融石英陶瓷材料的烧结性能大幅度提高20～300%、热膨胀率减小20～90%、抗热震性明显提高。.本课题的研究成果，对于新型高温结构陶瓷材料的开发具有重要的科学意义，对于航天与军工等应用领域的技术进步具有明显的社会效益和强化国防意义。