本发明涉及一种si3n4/bas陶瓷复相材料作为高温微波冶金材料的应用，属于高温微波冶金材料技术领域。
背景技术：
近年来，微波得到了广泛的应用，在选矿、材料制备、冶金工艺等方面充分体现了微波加热不同于常规加热的优点及其绿色冶金的优势。研制高温下介电性能和物化性能稳定、力学性能良好的透波材料是微波冶金发展中的一个关键问题，微波透波材料在微波冶金过程中作为反应物承载体用于保证微波冶金反应安全、正常、高效进行，是实现微波冶金工艺不可缺少的重要部分。用于微波冶金的透波材料主要性能要求为：(1)在微波工业频率0.915ghz和2.45ghz时，介电常数小于10，介电损耗因子小于0.1，并且介电性能随温度的改变不产生明显的变化；(2)高温物化性能稳定，避免与微波加热物质发生反应；(3)热震性能良好，热膨胀系数低，耐急冷急热；(4)在微波回转窑设备中使用的透波材料还要满足较高的弯曲强度和断裂韧性。
目前，对微波冶金专用透波材料报道较少，其作为微波冶金反应物料的承载体材料,对微波加热技术在冶金工业领域的广泛应用具有瓶颈作用。目前，透波材料主要有磷酸盐体系、氮化物体系和氧化物体系，但针对微波加热的特殊性，这些透波材料未能完全满足微波冶金的要求。
如耐高温氧化铝透波材料常温下介电损耗小于10-2，温度为1050℃时，介电损耗增加为0.1378，不能满足高温微波冶金的透波要求。石英玻璃具有优良的介电性能和耐热冲击性能，最高使用温度为1100℃，1000℃介电常数低于4，损耗角正切值为0.001，缺点是弯曲强度较低(≤50mpa)。专利200710066041.0研制的mg-al-si体系的陶瓷透波材料的介电常数偏高(10左右)，不满足透波率需求。专利200910095114.8中研制的mg-al-si体系的陶瓷透波材料在较高温度具有较低的介电常数(3～5)，但1250℃其抗弯强度只有20mpa。
si3n4是一种综合性能优良的结构陶瓷材料，主要用于天线罩透波材料研究，在高温和常温下都具有良好的力学性能和透波性能，同时还具有良好的热稳定性、高的耐冲蚀性、热膨胀系数小等性能。但si3n4的制备通常需要加入低熔点的烧结助剂，通过液相传质烧结致密，烧结中所生成的液相虽然会促进材料致密化，但冷却过程中该液相成为晶界玻璃相被保留下来，晶界玻璃相在高温下软化、滑移导致了si3n4陶瓷材料在温度高于800℃时强度呈指数式下降。
专利《一种制备si3n4/bas复合陶瓷材料的方法》(公开号：cn104496484a)提供以硅溶胶作为配制浆料的液相，加入氮化硅粉、氧化钡粉、氧化铝粉，其中氧化钡、氧化铝的加入量以硅溶胶中二氧化硅的质量为基准，按照化学计量比bao-a12o3-2sio2添加配制浆料，添加的氧化钡、氧化铝吸收硅溶胶中的纳米二氧化硅烧结过程中生成bas制备自增韧的si3n4/bas复合陶瓷材料。该发明bas中的二氧化硅为纳米级，反应活性高，bas易生成，生成的bas在si3n4/bas复合材料中分布均匀，使si3n4/bas复合陶瓷材料具有优良的室温及高温力学性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种si3n4/bas陶瓷复相材料作为高温微波冶金材料的应用。
本发明的技术解决方案：一种以下配比的si3n4/bas陶瓷复相材料作为高温微波冶金材料的应用，
si3n4质量含量为60％～75％，其余为bas。
si3n4与bas质量比为70：30时，si3n4/bas陶瓷复相材料的各项性能最优。
作为高温微波冶金材料应用的si3n4/bas陶瓷复相材料，制备方法通过以下步骤实现：
第一步，配制混合浆料，
以硅溶胶为液相，加入氮化硅粉、氧化钡粉和氧化铝粉，氧化钡粉和氧化铝粉的添加量以硅溶胶中的二氧化硅的质量为基准，三者的化学计量比为bao-a12o3-2sio2，氮化硅粉质量占混合浆料中固相总质量的60％～75％，混合浆料中固相总质量指氮化硅粉、氧化钡粉、氧化铝粉和硅溶胶中二氧化硅的总质量；
以硅溶胶为液相，硅溶胶不仅在低温下使浆料凝胶固化，避免了现有陶瓷材料制备过程中干燥、排胶等复杂步骤难以有效控制陶瓷材料缺陷、环境污染的缺陷，以及溶胶-凝胶法制备过程中溶胶转化凝胶过程耗时长(通常需要几天或者几周)、成型样品需及时升温干燥、在升温干燥过程中样品易收缩变形并出现开裂问题；同时硅溶胶中的二氧化硅又是bas生成的原料，通过将硅溶胶中二氧化硅转化为bas，避免了在最终陶瓷制品中引入耐温性能较差的二氧化硅，并且也能够使bas与si3n4之间在烧结过程中相互促进。
为了使粉体更好的分散在溶胶中，混合浆料中可以添加少量的分散剂，分散剂使可以采用聚丙烯酸铵或四甲基氢氧化铵，也可采用对最终制品无不利影响的其他种类分散剂，添加量为混合浆料中固体份总质量的0.5～3％。
第二步，混合浆料球磨，得到混合均匀的浆料；
第三步，低温凝胶固化，
浆料脱气后在低温下使浆料充分固化成型，得到坯体，凝胶固化的温度≤－40℃；
第四步，坯体干燥，烧结，得到si3n4/bas陶瓷复相材料。
本发明si3n4/bas陶瓷复相材料的性能：介电常数小于9(20℃～1500℃)，介电损耗小于0.02(20℃～1500℃)，抗弯强度为不低于300mpa(25℃)、200mpa(1350℃)，断裂韧性不低于5mpa·m1/2，经2次热震后材料抗弯强度保留率＞50％，该材料的热膨胀系数为2.0～3.5×10-6/℃(20～1250℃)，性能完全符合微波冶金透波材料的性能需求。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明对si3n4/bas陶瓷复相材料发掘了新的应用领域，实现了si3n4/bas陶瓷复相材料在微波冶金领域的应用；
(2)本发明si3n4/bas陶瓷复相材料不仅能满足微波冶金技术对透波材料的各项性能要求，且具有优良的室温及高温力学性能；
(3)本发明作为微波冶金透波材料的si3n4/bas陶瓷复相材料制备工艺简单，生产周期较短，产品成品率高，成型后强度高，均匀性好；
(4)本发明作为微波冶金透波材料的si3n4/bas陶瓷复相材料工艺过程中不需要添加任何有机物质，不需要排胶，不会对环境造成污染。
具体实施方式
以下结合具体实例详细说明本发明。
本发明以硅溶胶作为配制浆料的液相，加入氮化硅粉、氧化钡粉和氧化铝粉，其中氧化钡、氧化铝的加入量以硅溶胶中二氧化硅的质量为基准，按照化学计量比bao-a12o3-2sio2添加配制浆料，氮化硅粉质量占混合浆料中固相总质量的60％～75％，添加的氧化钡、氧化铝吸收硅溶胶中的纳米二氧化硅烧结过程中生成bas得到si3n4/bas陶瓷复相材料。
实施例1
由硅溶胶、氮化硅粉、氧化钡粉以及氧化铝粉组成浆料，并加1％的四甲基氢氧化铵作为分散剂，其中氧化钡、氧化铝的加入量以硅溶胶中二氧化硅的质量为基准，按照bao-a12o3-2sio2化学计量比加入，氮化硅粉和bas的质量比为65:35；高速球磨机中球磨混料5h，浆料脱气后注入模具，然后在液氮中保温20分钟使浆料充分固化、脱模，冷冻成型脱模后的样品升温至80℃并保温使样品彻底干燥；干燥后的样品在氮气气氛中(常压)以5℃/min的速率升温至1780℃进行烧结，保温3h，得到si3n4/bas陶瓷复相材料。本实施例制备的si3n4/bas陶瓷复相材料各项性能见表1。
实施例2
由硅溶胶、氮化硅粉、氧化钡粉以及氧化铝粉组成浆料，并加1％的四甲基氢氧化铵作为分散剂，其中氧化钡、氧化铝的加入量以硅溶胶中二氧化硅的质量为基准，按照bao-a12o3-2sio2化学计量比加入，氮化硅粉和bas的质量比为70:30；高速球磨机中球磨混料5h，浆料脱气后注入模具，然后在液氮中保温20分钟使浆料充分固化、脱模，冷冻成型脱模后的样品升温至80℃并保温使样品彻底干燥；干燥后的样品在氮气气氛中(常压)以5℃/min的速率升温至1780℃进行烧结，保温3h，得到si3n4/bas陶瓷复相材料。本实施例制备的si3n4/bas陶瓷复相材料各项性能见表1。
实施例3
由硅溶胶、氮化硅粉、氧化钡粉以及氧化铝粉组成浆料，并加1％的四甲基氢氧化铵作为分散剂，其中氧化钡、氧化铝的加入量以硅溶胶中二氧化硅的质量为基准，按照bao-a12o3-2sio2化学计量比加入，氮化硅粉和bas的质量比为75:25；高速球磨机中球磨混料5h，浆料脱气后注入模具，然后在液氮中保温20分钟使浆料充分固化、脱模，冷冻成型脱模后的样品升温至80℃并保温使样品彻底干燥；干燥后的样品在氮气气氛中(常压)以5℃/min的速率升温至1780℃进行烧结，保温3h，得到si3n4/bas陶瓷复相材料。本实施例制备的si3n4/bas陶瓷复相材料各项性能见表1。
表1
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。