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基于一维吸波剂的泡沫陶瓷基吸波复合材料制备和性能研究

基于一维吸波剂的泡沫陶瓷基吸波复合材料制备和性能研究

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作者：朱良盛烟台大学

学位级别：硕士

随着科技和现代军事的发展,高性能/多功能吸波材料成为各国的研究重点。由于聚合物具有易成型和透电磁波性能优异的显著优点,吸波材料通常是在聚合物基体中引入吸波剂制备而成。然而,由于聚合物的耐温和抗老化性能差,限制了聚合物基吸... 详细信息

随着科技和现代军事的发展,高性能/多功能吸波材料成为各国的研究重点。由于聚合物具有易成型和透电磁波性能优异的显著优点,吸波材料通常是在聚合物基体中引入吸波剂制备而成。然而,由于聚合物的耐温和抗老化性能差,限制了聚合物基吸波材料的应用。具有低介电常数的泡沫陶瓷同样可用作吸波材料的透波基体,尤其是泡沫陶瓷具有优异的耐温和抗老化性能,可使泡沫陶瓷基吸波材料具有优异的综合性能。本文采用在泡沫陶瓷基体中引入一维吸波剂来制备复合材料,通过优化工艺,改善复合材料的物理、力学、吸波和耐温性能,得到具有优异吸波和耐温性能的泡沫陶瓷基吸波复合材料。（1）以碳纤维为吸波剂,采用高温烧结法制备复合材料,详细研究碳纤维的含量和分布对复合材料的物理、力学和吸波性能的影响,以及高温热处理后复合材料的吸波性能演变。结果表明:加入Ca CO能阻止高温时碳纤维的氧化以及陶瓷体的收缩和开裂;复合材料的总/闭孔率高达82%/77%～89%/87%,密度低至0.33～0.42 g/cm,抗压强度为5.8～6.8 MPa;当碳纤维含量为1.5 wt%时,复合材料的平均反射率低至-7.8 d B;利用双层设计可有效改善复合材料的吸波性能,当复合材料的上层和下层的碳纤维含量分别为0.75 wt%和4.0 wt%时,在8.0～18.0 GHz频率范围内的平均反射率低至-14.7 d B,有效吸收带宽为9.2 GHz,反射率最低值为-20.4 d B@13.2 GHz;在400°C热处理100 h后,复合材料的吸波性能没有衰减。（2）在第一部分研究的基础上,以具有更高耐温性能的钢丝作为吸波剂制备复合材料,详细研究钢丝的含量和直径对复合材料物理、力学和吸波性能的影响,以及高温热处理后复合材料的物理、力学和吸波性能演变。结果表明:含有直径为100μm、含量为3 wt%钢丝的复合材料具有优异的吸波性能,在8.0～18.0 GHz频率范围内,反射率曲线均低于-10 d B,平均值为-15.3 d B,反射率最低值为-22.4 d B@17.7 GHz;复合材料的总/闭孔率高达87%/85%,密度低至0.36 g/cm,抗压强度为6.3 MPa;在600°C热处理100 h后,由于其钢丝的形貌和分布以及泡沫陶瓷基体的孔结构几乎无变化,使得复合材料的物理、力学和吸波性能基本保持不变。（3）为了进一步提高复合材料的耐温性能,以具有更高耐温性能的镀镍碳纤维作为吸波剂制备复合材料,详细研究镀镍碳纤维的含量、直径和分布对复合材料物理、力学和吸波性能的影响,以及高温热处理后复合材料的物理、力学和吸波性能演变。结果表明:含有直径为35μm、含量为6.0 wt%镀镍碳纤维的复合材料,在8.0～18.0GHz频率范围内表现出良好的吸波性能,平均反射率低至-12.4 d B,有效吸收带宽为7.1 GHz,反射率最低值为-26.6 d B@12.7 GHz;对于含直径为15μm镀镍碳纤维的复合材料,双层设计可有效改善复合材料的吸波性能;复合材料的总/闭孔率高达79%/76%,密度低至0.50 g/cm,抗压强度为7.5 MPa;在800℃热处理100 h后,由于其镀镍碳纤维的形貌和分布以及泡沫陶瓷基体的孔结构均无变化,使得复合材料的物理、力学和吸波性能基本保持不变。

关键词：泡沫陶瓷一维吸波剂吸波性能耐温性能

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