一种红外烟幕干扰陶瓷材料及其制备方法与流程

本发明涉及红外烟幕干扰陶瓷材料，具体涉及一种红外烟幕干扰陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

红外制导是精确制导武器中一个十分重要的技术手段，在各种精确制导体系中，红外制导因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高等优点，在现代武器装备发展中占据着越来越重要的地位。随着各国红外制导武器装备投入的加大，红外烟幕干扰技术应运而生，通过施放并形成红外干扰烟幕，遮蔽目标靶材，使得红外制导探测系统无法找寻到目标，从而达到保护目标的作用。现阶段的红外烟幕干扰粉体材料主要有轻质石墨粉体材料、镂空铜粉材料、有机材料等，有机材料价格较为昂贵，且性能受环境温度影响较大；石墨和铜粉材料具有良好的环境适应性，且具有较好的红外遮蔽效果，但铜粉的密度相对较大，无法提供长时间的红外遮蔽，石墨粉因其独特的润滑特性，使得其应用领域具有较大的限制。因此，开发出一种具有低密度、长时间悬浮性、红外(尤其中远红外波段)遮蔽性能良好的无机陶瓷粉体材料具有现实的重要意义。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种红外烟幕干扰陶瓷材料及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种红外烟幕干扰陶瓷材料，红外烟幕干扰陶瓷材料具有多孔隙网络结构，所需原料包括金属盐类红外干扰材料前驱体、金属硼化物类红外干扰材料前驱体、金属氧化物类红外干扰材料前驱体中的多种。

进一步的，金属盐类红外干扰材料前驱体、金属硼化物类红外干扰材料前驱体、金属氧化物类红外干扰材料前驱体中金属元素为锡、锑、钛中的一种或多种。

进一步的，红外烟幕干扰陶瓷材料具有气凝胶轻质多孔隙网络结构，所需原料还包括有机溶剂、环氧化物、无机溶剂及添加剂、溶剂置换有机物两者中的至少一种。

进一步的，金属盐类红外干扰材料前驱体包括锡盐、锑盐，金属硼化物类红外干扰材料前驱体包括钛硼化物、钨硼化物，金属氧化物类红外干扰材料前驱体包括钛氧化物。

进一步的，锡盐、锑盐、有机溶剂、无机溶剂、环氧化物、添加剂归属于组分a，钛硼化物、钨硼化物、钛氧化物的至少一种归属于组分b，组分a和组分b的重量比为6.5-16：1。

组分a包覆组分b，相互协同作用，使得最终所得新型红外烟幕干扰陶瓷材料，具有良好的红外干扰性能、轻质悬浮性等。

钛硼化物、钨硼化物、钛氧化物的粒度尺寸要求＜1000目。

进一步的，锡盐与锑盐的重量比为85-91:9-15，锡盐与锑盐的重量比优选为88-90:12-13，环氧化物与锡盐的摩尔比为3.6-8:1，有机溶剂与锡盐的质量比为95-70:5-30，无机溶剂与锡盐的质量比为50-75:25-50，添加剂与锡盐的摩尔比为0.005-3:1。

进一步的，锡盐包括结晶四氯化锡、四氯化锡、硝酸锡中的至少一种，优选，结晶四氯化锡，锑盐包括三氯化锑，有机溶剂包括无水乙醇、异丙醇、丙醇中的一种或几种，无机溶剂包括水，环氧化物包括环氧丙烷，添加剂包括聚乙二醇6000、聚乙二醇10000、甲酰胺、n,n二甲基酰胺的一种或几种，钛硼化物包括二硼化钛，钨硼化物包括二硼化钨、四硼化钨的一种或多种，钛氧化物包括亚氧化钛。

结晶四氯化锡、四氯化锡、硝酸锡中的至少一种锡盐以及锑盐三氯化锑与无水乙醇、异丙醇、丙醇等至少一种无毒有机溶剂形成金属醇盐，且锑、锡等金属元素通过环氧化物环氧丙烷的引入，通过其开环将锑和锡等金属元素连到一起，经溶胶-凝胶工艺形成气凝胶轻质多孔隙网络结构的锑锡掺杂材料，钛硼化物、钨硼化物、钛氧化物至少一种的添加不仅是为了引入导电陶瓷粉体，该类陶瓷粉体在材料烧成过程中形成高强度结合，形成导电性强的陶瓷材料，对材料整体多孔隙网络结构产生较大影响，使其多孔、低密且性能稳定，遮蔽效果好。聚乙二醇6000、聚乙二醇10000、甲酰胺、n,n二甲基酰胺的一种或几种添加剂为能够满足常压干燥的外加剂，目的主要是改变其作用物的表面张力和ph值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种上述的红外烟幕干扰陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

s1、将锡盐、锑盐、有机溶剂、环氧化物、无机溶剂、添加剂及钛硼化物、钨硼化物、钛氧化物三者中的至少一种混合，静置得凝胶，

s2、凝胶经烧制得红外烟幕干扰陶瓷材料。

其中，s1包括：

s11、将锡盐和锑盐与有机溶剂、无机溶剂混合得浑浊溶液；

s12、将环氧化物混合液加入s11所得浑浊溶液中至所述浑浊溶液变为澄清溶液，然后与添加剂混合，得初始澄清溶液；

s13、将环氧化物加入至初始澄清溶液中，直至初始澄清溶液变为其他颜色澄清溶液，再与钛硼化物、钨硼化物、钛氧化物三者中的至少一种混合；

s13、继续加入剩余环氧化物，静置，凝胶，得湿凝胶；

s14、将湿凝胶与溶剂置换有机物混合，然后经老化、置换、干燥，得到干凝胶，

s2中干凝胶经烧制得红外烟幕干扰陶瓷材料。

进一步的，步骤s13、s14中静置、老化、置换、干燥温度均为35-60℃，温度过高或过低，均会造成凝胶的塌陷，步骤s2烧成温度为500-700℃。

进一步的，步骤s2在烧制过程中升温速率为0.5-2℃/min，在烧成温度下保温时间为0.5-1.5h。该烧成制度的设计可最大限度的减少干凝胶在烧成过程中出现收缩、塌陷等现象。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明示例的红外烟幕干扰陶瓷材料，红外烟幕干扰陶瓷材料具有多孔隙网络结构，确保所述红外烟幕干扰陶瓷材料轻质，密度低，且具有长时间的悬浮性，避免了现有红外烟幕干扰粉体材料铜粉密度相对较大，无法提供长时间的红外遮蔽的弊端，所述红外烟幕干扰陶瓷材料其制备所需原料包括金属盐类红外干扰材料前驱体、金属硼化物类红外干扰材料前驱体、金属氧化物类红外干扰材料前驱体中的多种。通过所述原料的选择及配置，使所得制品具有良好的红外干扰性能、优异的无机材料稳定性，使其具有更广阔的应用领域空间、更优异的应用效果，有效避免了现役的石墨粉因其独特的润滑特性，应用领域限制性高、有机材料价格较为昂贵，且性能受环境温度影响较大等弊端，这对于红外烟幕干扰材料，尤其是红外烟幕干扰无机陶瓷粉体材料具有重要的现实意义。

2、本发明示例的红外烟幕干扰陶瓷材料的制备方法，通过将锡盐、锑盐、有机溶剂、环氧化物、无机溶剂、添加剂及钛硼化物、钨硼化物、钛氧化物三者中的至少一种混合，静置得凝胶，凝胶经烧制得红外烟幕干扰陶瓷材料，工艺简单、周期投入短，通过该工艺制备的红外烟幕干扰陶瓷材料，其不但具有良好的红外干扰性能，而且具有气凝胶轻质多孔隙网络结构，较现役石墨粉、铜粉、有机材料等具有良好的红外干扰性能、空气中长时间悬浮性、优异的无机材料稳定性，具有更广阔的应用领域空间。

附图说明

图1是实施例1所制备的新型红外烟幕干扰陶瓷材料sem照片；

图2是实施例1所制备的新型红外烟幕干扰陶瓷材料与石墨粉、铜粉红外光谱测试对比结果；

图3是烟幕遮蔽前红外效果照片；

图4是实施例1所制备的新型红外烟幕干扰陶瓷材料热成像仪测试照片。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

红外烟幕干扰陶瓷材料原料组分包括组分a、b。

其中，

红外烟幕干扰陶瓷材料组分a：

组分b：

二硼化钛100重量份。

(1)将结晶四氯化锡和三氯化锑溶于无水乙醇和去离子水混合溶液中，搅拌0.5h，得到白色浑浊溶液；

(2)将环氧丙烷滴加到步骤(1)的白色浑浊溶液中，至白色浑浊溶液变为无色澄清溶液，加入化学干燥添加剂，继续搅拌0.5h；

(3)向步骤(2)所得溶液中继续滴加环氧丙烷，至无色澄清溶液变为乳白色澄清溶液，此时加入组分b中的二硼化钛，继续搅拌1h；

(4)将剩余的环氧丙烷滴加完毕，停止搅拌，45℃烘箱中静置，待凝胶。

(5)凝胶后，加入正己烷，45℃烘箱中进行老化、置换、干燥，得到灰黑色干凝胶。

(6)将干凝胶置于电炉中，以升温速率1℃/min升温至550℃，保温时间1h，得到轻质蓝黑色红外烟幕干扰陶瓷材料。

图1为所得红外烟幕干扰陶瓷材料sem照片，通过图1可以清晰看到其内部多孔隙网络结构，由于该多孔隙网络结构的存在大大减轻了本陶瓷材料的质量，延长了其在空气中的悬浮时间。

通过本实施例制备的红外烟幕干扰陶瓷粉与石墨粉、铜粉红外光谱测试的对比结果图2可知，在波数1750-3700cm^-1段，石墨粉及本实施例所得红外干扰陶瓷粉的透过率类似且均低于铜粉的透过率，而石墨粉在2870cm^-1处有一个吸收小高峰透过率为15％，2370cm^-1处另一个吸收小高峰的透过率高20％，而本实施例所得红外干扰陶瓷粉的透过率在此波数段透过率比较平稳，基本无吸收高峰的出现，在波数600-1300cm^-1段，本实施例所得红外干扰陶瓷粉的透过率均低于20％，而石墨粉、铜粉的透过率远远高于该值，在600-800cm^-1段石墨粉、铜粉的透过率高达70％-96％，由此可知，本实施例所得红外干扰陶瓷粉的红外(尤其中远红外波段)遮蔽性能远远优于石墨粉、铜粉。

通过图3、图4烟幕遮蔽前后红外效果照片对照，可以明显的展示出本实施例所得红外干扰陶瓷粉的红外(尤其中远红外波段)遮蔽性能之优良。完全可以实现针对探测器所扫描到的人体、军用设备等靶材所辐射出的红外线，着重指中远红外(8-14μm波长)的遮蔽。

实施例二：

红外烟幕干扰陶瓷材料原料组分包括组分a、b。

其中，

红外烟幕干扰陶瓷材料组分a：

组分b：

二硼化钛100重量份。

(1)将四氯化锡和三氯化锑溶于无水乙醇、异丙醇和去离子水混合溶液中，搅拌0.5h，得到白色浑浊溶液；

(2)将环氧丙烷滴加到步骤(1)的白色浑浊溶液中，至白色浑浊溶液变为无色澄清溶液，加入化学干燥添加剂，继续搅拌0.5h；

(3)向步骤(2)所得溶液中继续滴加环氧丙烷，至无色澄清溶液变为乳白色澄清溶液，此时加入组分b中的二硼化钛，继续搅拌1h；

(4)将剩余的环氧丙烷滴加完毕，停止搅拌，35℃烘箱中静置，待凝胶。

(5)凝胶后，加入正己烷，40℃烘箱中进行老化、置换、干燥，得到灰黑色干凝胶。

(6)将干凝胶置于电炉中，以升温速率0.5℃/min升温至550℃，保温时间1h，得到轻质蓝黑色红外烟幕干扰陶瓷材料。

实施例三：

红外烟幕干扰陶瓷材料原料组分包括组分a、b。

其中，

红外烟幕干扰陶瓷材料组分a：

组分b：

二硼化钨110重量份。

(1)将结晶四氯化锡和三氯化锑溶于无水乙醇和去离子水混合溶液中，搅拌0.5h，得到白色浑浊溶液；

(2)将环氧丙烷滴加到步骤(1)的白色浑浊溶液中，至白色浑浊溶液变为无色澄清溶液，加入化学干燥添加剂，继续搅拌0.5h；

(3)向步骤(2)所得溶液中继续滴加环氧丙烷，至无色澄清溶液变为乳白色澄清溶液，此时加入组分b中的二硼化钨，继续搅拌1h；

(4)将剩余的环氧丙烷滴加完毕，停止搅拌，50℃烘箱中静置，待凝胶。

(5)凝胶后，加入正己烷，55℃烘箱中进行老化、置换、干燥，得到灰黑色干凝胶。

(6)将干凝胶置于电炉中，以升温速率1.5℃/min升温至550℃，保温时间1.5h，得到轻质蓝黑色红外烟幕干扰陶瓷材料。

实施例四：

红外烟幕干扰陶瓷材料原料组分包括组分a、b。

其中，

红外烟幕干扰陶瓷材料组分a：

组分b：

四硼化钨90重量份。

(1)将硝酸锡和三氯化锑溶于丙醇和去离子水混合溶液中，搅拌0.5h，得到白色浑浊溶液；

(2)将环氧丙烷滴加到步骤(1)的白色浑浊溶液中，至白色浑浊溶液变为无色澄清溶液，加入化学干燥添加剂，继续搅拌0.5h；

(3)向步骤(2)所得溶液中继续滴加环氧丙烷，至无色澄清溶液变为乳白色澄清溶液，此时加入组分b中的四硼化钨，继续搅拌1h；

(4)将剩余的环氧丙烷滴加完毕，停止搅拌，50℃烘箱中静置，待凝胶。

(5)凝胶后，加入正己烷，55℃烘箱中进行老化、置换、干燥，得到灰黑色干凝胶。

(6)将干凝胶置于电炉中，以升温速率1.5℃/min升温至550℃，保温时间1.5h，得到轻质蓝黑色红外烟幕干扰陶瓷材料。

实施例五：

红外烟幕干扰陶瓷材料原料组分包括组分a、b。

其中，

红外烟幕干扰陶瓷材料组分a：

组分b：

亚氧化钛133重量份。

(1)将四氯化锡和三氯化锑溶于异丙醇、丙醇和去离子水混合溶液中，搅拌1h，得到白色浑浊溶液；

(2)将环氧丙烷滴加到步骤(1)的白色浑浊溶液中，至白色浑浊溶液变为无色澄清溶液，加入化学干燥添加剂，继续搅拌0.8h；

(3)向步骤(2)所得溶液中继续滴加环氧丙烷，至无色澄清溶液变为乳白色澄清溶液，此时加入组分b中的亚氧化钛，继续搅拌0.8h；

(4)将剩余的环氧丙烷滴加完毕，停止搅拌，35℃烘箱中静置，待凝胶。

(5)凝胶后，加入正己烷，60℃烘箱中进行老化、置换、干燥，得到灰黑色干凝胶。

(6)将干凝胶置于电炉中，以升温速率2℃/min升温至500℃，保温时间1.5h，得到轻质蓝黑色红外烟幕干扰陶瓷材料。

实施例六：

红外烟幕干扰陶瓷材料原料组分包括组分a、b。

其中，

红外烟幕干扰陶瓷材料组分a：

组分b：

二硼化钛80重量份；

二硼化钨30重量份。

(1)将结晶四氯化锡和三氯化锑溶于无水乙醇、异丙醇、丙醇和去离子水混合溶液中，搅拌0.6h，得到白色浑浊溶液；

(2)将环氧丙烷滴加到步骤(1)的白色浑浊溶液中，至白色浑浊溶液变为无色澄清溶液，加入化学干燥添加剂，继续搅拌0.5h；

(3)向步骤(2)所得溶液中继续滴加环氧丙烷，至无色澄清溶液变为乳白色澄清溶液，此时加入组分b中的二硼化钛、二硼化钨，继续搅拌1.3h；

(4)将剩余的环氧丙烷滴加完毕，停止搅拌，60℃烘箱中静置，待凝胶。

(5)凝胶后，加入正己烷，60℃烘箱中进行老化、置换、干燥，得到灰黑色干凝胶。

(6)将干凝胶置于电炉中，以升温速率1℃/min升温至700℃，保温时间0.5h，得到轻质蓝黑色红外烟幕干扰陶瓷材料。

实施例七：

红外烟幕干扰陶瓷材料原料组分包括组分a、b。

其中，

红外烟幕干扰陶瓷材料组分a：

组分b：

二硼化钛70重量份；

亚氧化钛30重量份。

(1)将结晶四氯化锡和三氯化锑溶于无水乙醇和去离子水混合溶液中，搅拌0.5h，得到白色浑浊溶液；

(2)将环氧丙烷滴加到步骤(1)的白色浑浊溶液中，至白色浑浊溶液变为无色澄清溶液，加入化学干燥添加剂，继续搅拌0.5h；

(3)向步骤(2)所得溶液中继续滴加环氧丙烷，至无色澄清溶液变为乳白色澄清溶液，此时加入组分b中的二硼化钛、亚氧化钛，继续搅拌0.8h；

(4)将剩余的环氧丙烷滴加完毕，停止搅拌，45℃烘箱中静置，待凝胶。

(5)凝胶后，加入正己烷，55℃烘箱中进行老化、置换、干燥，得到灰黑色干凝胶。

(6)将干凝胶置于电炉中，以升温速率1℃/min升温至550℃，保温时间1.5h，得到轻质蓝黑色红外烟幕干扰陶瓷材料。

实施例八：

红外烟幕干扰陶瓷材料原料组分包括组分a、b。

其中，

红外烟幕干扰陶瓷材料组分a：

组分b：

二硼化钛110重量份。

(1)将结晶四氯化锡、四氯化锡和三氯化锑溶于无水乙醇和去离子水混合溶液中，搅拌0.8h，得到白色浑浊溶液；

(2)将环氧丙烷滴加到步骤(1)的白色浑浊溶液中，至白色浑浊溶液变为无色澄清溶液，加入化学干燥添加剂，继续搅拌0.5h；

(3)向步骤(2)所得溶液中继续滴加环氧丙烷，至无色澄清溶液变为乳白色澄清溶液，此时加入组分b中的二硼化钛，继续搅拌0.8h；

(4)将剩余的环氧丙烷滴加完毕，停止搅拌，50℃烘箱中静置，待凝胶。

(5)凝胶后，加入正己烷，55℃烘箱中进行老化、置换、干燥，得到灰黑色干凝胶。

(6)将干凝胶置于电炉中，以升温速率1.5℃/min升温至550℃，保温时间1.5h，得到轻质蓝黑色红外烟幕干扰陶瓷材料。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。