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高速飞行器上的天线罩,是确保高精度突防制导、高稳定飞行的关键结构部件。飞行马赫数的迅速增加对天线罩用材料的使用性能提出了更加严苛的要求。氮化硅（Si3N4）陶瓷具有优异力学、耐冲蚀性能、热稳定性及化学稳定性,是航空航天用结构陶瓷材料的主要研究热点之一。但是,Si3N4陶瓷机加工性和抗热震性差,一定程度上限制了其在航空航天领域的应用。与Si3N4相比,氮化硼（h-BN）分解温度达到3000 ℃,同时具有更好的热稳定性、更低的介电常数和介电损耗。在Si3N4中引入h-BN有望提高Si3N4陶瓷的热物理性能,介电性能和机加工性能。此外,烧结助剂对材料的致密化行为和性能有较大影响,MAS（MgO-Al2O3-SiO2）由于具有优异的抗离子侵蚀能力、低热膨胀系数以及低介电常数和介电损耗而被广泛采用。本文以α-Si3N4陶瓷为基体材料,h-BN作为添加剂,MAS（MgO-Al2O3-SiO2）作为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备了一系列不同BN含量的Si3N4-BN-MAS复相陶瓷,利用XRD、SEM等分析手段及力学万能实验机、热膨胀仪及介电测试仪等设备,全面分析BN含量对Si3N4-BN-MAS复相陶瓷材料的致密度、力学性能、介电性能、热膨胀、抗热震性能及耐烧蚀性能的影响规律,有望制备出能满足航天航空用透波要求的材料。研究表明,通过热压烧结制备的一系列不同BN含量的Si3N4-BN-MAS复相陶瓷中,主要物相为β-Si3N4、h-BN;其中层片状的BN晶粒与短柱状的β-Si3N4晶粒以交叉层叠的形式存在;随着BN含量增加,该复相陶瓷的致密度降低,变化范围为92.3%79.9%;抗弯强度、维氏硬度及弹性模量与致密度保持相同的变化趋势;断裂韧性随着BN含量增加先升高后降低,在BN含量为20 wt%时取得最大值7.37MPa.m1/2,相对于BN含量为0时提升了121%,这归功于片层状BN晶粒与短柱状Si3N4晶粒发挥协同增韧作用;介电性能有益相BN的引入及气孔率的升高有效降低Si3N4-BN-MAS复相陶瓷的介电常数和介电损耗角正切值。随着BN含量升高,Si3N4-BN-MAS复相陶瓷热膨胀系数单调降低,变化区域为3.9×10-6℃-12.5×10-6℃-1;BN添加量为20 wt%时,陶瓷材料具有较优的抗热震表现。这与材料较高断裂韧性和较低弹性模量有关。随着热震温差高,不同BN含量Si3N4-BN-MAS复相陶瓷的残余抗弯强度均保持相同变化趋势,即热震温差低于800℃时,热震后残余抗弯强度降低;热震温差为1000℃时,材料残余抗弯强度略微升高;热震温度继续升高,材料残余抗弯强度显著降低。通过显微结构观察可以发现,热震温度高于800℃时,表面开始出现氧化现象,主要生成含B2O3的氧化物薄膜。随着热震温度升高,尽管出现了更厚的氧化膜,但由于更高温差导致更大的热应力破坏占主导,因而抗热震性降低。整体来看,随着BN含量增加,质量烧蚀率和线烧蚀率均增加,耐烧蚀性能下降。其中,当BN含量低于30 wt%时,质量烧蚀率和线烧蚀率增加幅度较小。受氧-乙炔焰温度场及气体流场分布影响,烧蚀后试样表面按结构形貌特点可分为烧蚀中心区、烧蚀过渡区和烧蚀边缘区三个区域,其中烧蚀中心区烧蚀情况最严重;Si3N4-BN-MAS复相陶瓷的烧蚀机制是热氧化烧蚀、热物理烧蚀和机械冲刷。其中,在试样的中心区和过渡区为热氧化烧蚀、热物理烧蚀和机械冲刷,在烧蚀边缘区以热氧化烧蚀和热物理烧蚀为主。