多元过渡金属硼化物的制备及吸波性能研究

作     者：杜宗伟 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田松

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：硼化物 吸波性能 抗氧化性能 热解碳 

摘      要：过渡金属硼化物因高熔点、高硬度、强耐腐蚀和强抗氧化等被广泛应用于高温结构领域。近年来,通过设计金属阳离子类型和比例制备的多元过渡金属硼化物不仅进一步提高了传统性能,而且展现出了良好的微波吸收性能等功能性质。本文主要优化与调控了多元过渡金属硼化物的吸波性能,探索了吸波性能的影响因素。主要研究内容及结论如下: （1）三元与四元过渡金属元素硼化物粉体的吸波性能研究。采用熔盐辅助法制备了(Ta1/3Nb1/3Mo1/3)B2、(Ti1/3Nb1/3Cr1/3)B2、(Ti1/3Ta1/3Cr1/3)B2、(Ti1/3Mo1/3Cr1/3)B2和(Ti0.25Ta0.25Nb0.25Mo0.25)B2、(Cr0.25Ta0.25Nb0.25Mo0.25)B2六种多元过渡金属硼化物粉体,研究了不同元素硼化物的吸波性能。研究结果显示,(Ta1/3Nb1/3Mo1/3)B2在2GHz-18GHz不具备吸波性能,(Ti1/3Ta1/3Cr1/3)B2具有最小的反射损耗（RL）为-34.2d B（4.5mm,2.7GHz）,(Ti1/3Mo1/3Cr1/3)B2具有最大的有效吸收带宽(EAB)为2.6GHz（1mm,13.5GHz-16.1GHz）。表明Ti和Cr元素能改善(Ta1/3Nb1/3Mo1/3)B2的阻抗匹配、介电损耗能力和磁损耗能力,进而提高吸波性能。 （2）不同Ti和Cr元素比例硼化物粉体的吸波性能研究。采用熔盐辅助法制备了(Ti0Cr0.4Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2、(Ti0.1Cr0.3Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2、(Ti0.2Cr0.2Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2、(Ti0.3Cr0.1Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2、(Ti0.4Cr0Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2,研究了不同Ti和Cr元素比例硼化物的吸波性能。结果表明,Ti和Cr元素比例变化导致材料的阻抗匹配减小吸波性能下降,当元素比例相等时(Ti0.2Cr0.2Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2的最小RL为-32.5d B（2.5mm,6.1GHz）,EAB=2.3GHz（1.5mm,10.2GHz-12.5GHz）。 （3）(Ti0.2Cr0.2Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2的抗氧化性能和氧化后吸波性能研究。采用同步热分析仪研究了(Ti0.2Cr0.2Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2在氧气中的抗氧化性能。以此为基础,探索了氧化温度和氧化时间对其吸波性能的影响。结果表明,材料起始氧化温度为450℃,在610℃氧化速率最大为0.45%/min,最终增重55%。进一步探究600℃和650℃下氧化不同时间的吸波性能,随着样品被氧化界面极化和多次反射散射增加,材料的有效吸收带宽增加。但氧化时间越长、温度越高,样品的氧化程度越大吸波性能下降。600℃氧化15min后材料的RL最小为-28d B（1mm,13.9GHz）,EAB=2.7GHz（1mm,12.8GHz-15.5GHz）。 （4）热解碳包覆五元过渡金属硼化物(PyC@(Ti0.2Cr0.2Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2)的吸波性能研究。通过化学气相沉积法制备了PyC@(Ti0.2Cr0.2Ta0.2Nb0.2Mo0.2)B2,研究了不同碳源前驱体和处理时间对材料的吸波性能影响。研究结果表明,热解碳的引入提升了材料的电导损耗,以甲烷为前驱体处理5min时,最小RL为-37.3d B（1.5mm,10.2GHz）,EAB=3GHz（1mm,15GHz-18GHz）。以甲醇和乙醇为前驱体时高熵硼化物被氧化,材料中存在较多的界面极化、多重反射散射,使材料的有效吸收带宽增加。甲醇处理15min时,最小RL为-22.2d B,EAB=3.9GHz（1.5mm,13.3GHz-17.2GHz）。乙醇处理15min时,EAB=4.4GHz（1.5mm,11.5GHz-15.9GHz）。