一种高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料及其制备方法

1.本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料及其制备方法。


背景技术：

2.当前，雷达探测技术和精确制导技术的快速发展使得武器装备战场生存率大幅度降低。飞机、导弹、舰艇等武器装备被发现就意味着被摧毁，以雷达吸波材料为基础的隐身技术作为最佳的被动防御技术，对提升武器装备战场生存能力至关重要。传统磁性吸波材料低频吸收性能好，吸收频带宽，但是由于居里温度的限制，无法在高温条件下使用。介电吸波材料具有较好的高温化学稳定性，耐腐蚀、质量轻，但是存在吸波性能差、吸收频带较窄等问题。武器装备的某些特殊部位由于处于高温工况之下，无法做电磁隐身处理，不得不暴露在雷达探测之下，这无疑加大了被雷达探测识别进而被摧毁的风险。因此，如何提高介电损耗型高温吸波材料的电磁波吸收性能和吸收带宽是当前急需要解决的一个问题。
3.sic是一种典型的介电损耗型吸波材料，具有质量轻，高温性能好，力学强度高等优点。作为潜在的高温吸波材料，具有较好的应用前景。当前对sic吸波材料的研究主要集中在纳米sic微观形貌调控、元素掺杂、多层结构设计等方面，从而调控sic吸波材料的电磁参数和阻抗。以往报道的sic吸波材料大部分都为粉状材料，在某一频段具有较强吸收，但是吸收频带太窄，无法满足实际应用要求。如何进一步提高sic吸波材料的介电损耗性能，实现电磁波宽频高效吸收成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料及其制备方法，以解决当前高温吸波材料普遍存在的电磁波吸收效果差，吸收频带窄，质量重等问题；以多孔sic泡沫为基材，通过在sic骨架上负载纳米线吸波粒子的方法，制备出一种多尺度泡沫陶瓷基复合结构吸波材料，充分利用电磁波在多孔结构中的多重反射、散射以及sic孔壁微结构表面的界面极化损耗，实现电磁波宽频高效吸收。
5.为达到上述目的，采用技术方案如下：
6.一种高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料，该复合结构吸波材料以多孔sic泡沫为骨架，纳米吸波剂以高温烧结的方式负载在多孔sic泡沫骨架上而成；其中所述多孔sic泡沫孔径尺寸为1-5mm，电阻率为10-10
15
ω
·
m；所述纳米吸波剂为tic耐高温介电材料，微观形貌为纳米线。
7.上述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)采用高速剪切搅拌器将tic前驱体粉末与低粘度环氧树脂均匀混合，随后将多孔sic泡沫浸渍其中；
9.(2)浸料后的多孔sic泡沫按环氧树脂的固化制度进行固化；
10.(3)固化后放入管式炉中在氩气气氛保护下进行烧结，得到tic/sic多孔复合吸波
材料。
11.按上述方案，步骤(1)所述tic前驱体粉末按以下方式制备而来：
12.将蔗糖、nacl、ni(no3)
2.
6h2o、tio2粉末、蒸馏水混合搅拌5h-6h，升温至100℃保温8-10h，然后升温到180℃-200℃保温8-10h得到黑色混合物，碾磨倒粒径小于80um得到tic前驱体粉末。
13.按上述方案，所述tio2粉末的粒径为20-100nm。
14.按上述方案，所述nacl、ni(no3)2·
6h2o、蔗糖、tio2粉末的摩尔比为1:1:10:20，蒸馏水用量为上述蔗糖、nacl、ni(no3)2.6h2o和tio2四种物质的质量之和。
15.按上述方案，步骤(1)tic前驱体粉末与低粘度环氧树脂混合物中，tic前驱体粉末的质量百分数为20％。
16.按上述方案，步骤(1)还包括采用高压气枪除去浸渍后多孔sic泡沫孔隙中浆料。
17.按上述方案，步骤(3)烧结升温速率设为2℃/min，烧结温度为1300-1500℃，时间为2h。
18.按上述方案，步骤(3)所得tic/sic多孔复合吸波材料中tic的质量百分数为5-10％。
19.相对于现有技术，本发明有益效果如下：
20.本发明提出了一种高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料及其制备方法，相比致密化陶瓷类吸波材料，本发明中制备的吸波材料质量更轻，且电磁波吸收效果更好。
21.本发明提出的材料制备方法简单、可操作性强，相比静电吸附、胶粘的吸波粒子负载方式，本技术方案提出的烧结负载吸波粒子，其结构稳定性更强，不易脱落，服役时间更长。
附图说明
22.图1：多孔sic泡沫反射损耗曲线。
23.图2：实施例1所得tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料反射损耗曲线。
24.图3：实施例2所得tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料反射损耗曲线。
25.图4：实施例3所得tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料反射损耗曲线。
具体实施方式
26.以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
27.具体实施方式提供了一种高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法：
28.将蔗糖、nacl、ni(no3)2·
6h2o、tio2(20-100nm)、蒸馏水加入到烧杯中，搅拌5h-6h，然后将装有该乳白色混合溶液的烧杯放置在100℃烘箱中保温8-10h，然后升温到180℃-200℃，保温8-10h。然后将得到的黑色混合物倒入玛瑙研钵中碾磨，直到黑色混合物的粒径小于80um，即得到tic前驱体粉末。
29.将制备得到的tic前驱体粉末与低粘度环氧树脂采用高速剪切搅拌器分散均匀，得到tic前驱体/环氧树脂混合浆料，然后将多孔sic骨架浸渍在上述混合液体中，随后采用高压气枪除去sic空隙中多余的浆料，多次重复上述浸渍过程，直至煅烧后负载在sic上的tic纳米线质量分数达到设定值。随后，将浸料后的多孔sic放入烘箱，按所选环氧树脂的固
化制度进行固化。然后将负载好粉料的多孔sic放入管式炉中在氩气气氛保护下进行烧结，升温速率设为2℃/min，烧结温度为1300-1500℃(x＝1300、1400、1500)，反应时间为2h，得到tic/sic多孔复合结构吸波材料。
30.实施例1
31.1.首先是tic前驱体粉末的制备：将ni(no3)2·
6h2o(1份)、nacl(1份)、蔗糖(10份)溶于蒸馏水中，磁力搅拌，待上述物质完全溶解之后，往溶液中添加tio2(20份)，其中tio2粒径为(20nm)，搅拌4h。将装有上述混合液体的烧杯放入烘箱中，温度设定为100℃/8h+180℃/8h。碳化过程结束后，将得到的黑色粉状末放入研钵中研磨，得到tic前驱体粉末。
32.2.将上述前驱体粉末10g溶于50g低粘度环氧树脂，加入改性胺固化剂，高速剪切搅拌混合均匀；
33.3.将多孔sic泡沫浸渍于上述混合浆料，使得混合浆料均匀负载于多孔sic泡沫骨架上，采用高压气枪除去孔洞中多余浆料；
34.4.重复上述浸渍过程，直至煅烧后负载于tic/sic复合材料中tic的质量分数达到10％。
35.5.将负载了混合浆料的多孔sic泡沫放入60℃烘箱中，保温2h；
36.6.在60℃烘箱中保温2h结束后，将上述负载了混合浆料的多孔sic泡沫放入管式炉中，在氩气气氛保护下进行煅烧，升温速率设为2℃/min，烧结温度为1300℃，反应时间为2h，得到tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料。
37.多孔sic泡沫反射损耗曲线见图1所示。本实施例所得tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料反射损耗曲线见图2所示。
38.实施例2
39.1.首先是tic前驱体粉末的制备：将ni(no3)2·
6h2o(1份)、nacl(1份)、蔗糖(10份)溶于蒸馏水中，磁力搅拌，待上述物质完全溶解之后，往溶液中添加tio2(20份)，其中tio2粒径为(50nm)，搅拌4h。将装有上述混合液体的烧杯放入烘箱中，温度设定为100℃/8h+180℃/8h。碳化过程结束后，将得到的黑色粉状末放入研钵中研磨，得到tic前驱体粉末。
40.2.将上述前驱体粉末10g溶于50g低粘度环氧树脂，加入改性胺固化剂，高速剪切搅拌混合均匀；
41.3.将多孔sic泡沫浸渍于上述混合浆料，使得混合浆料均匀负载于多孔sic泡沫骨架上，采用高压气枪除去孔洞中多余浆料；
42.4.重复上述浸渍过程，直至煅烧后负载于tic/sic复合材料中tic的质量分数达到8％。
43.5.将负载了混合浆料的多孔sic泡沫放入60℃烘箱中，保温2h；
44.6.在60℃烘箱中保温2h结束后，将上述负载了混合浆料的多孔sic泡沫放入管式炉中，在氩气气氛保护下进行煅烧，升温速率设为2℃/min，烧结温度为1400℃，反应时间为2h，得到tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料。
45.本实施例所得tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料反射损耗曲线见图3所示。
46.实施例3
47.1.首先是tic前驱体粉末的制备：将ni(no3)2·
6h2o(1份)、nacl(1份)、蔗糖(10份)溶于蒸馏水中，磁力搅拌，待上述物质完全溶解之后，往溶液中添加tio2(20份)，其中tio2粒
径为(100nm)，搅拌4h。将装有上述混合液体的烧杯放入烘箱中，温度设定为100℃/8h+180℃/8h。碳化过程结束后，将得到的黑色粉状末放入研钵中研磨，得到tic前驱体粉末。
48.2.将上述前驱体粉末10g溶于50g低粘度环氧树脂，加入改性胺固化剂，高速剪切搅拌混合均匀；
49.3.将多孔sic泡沫浸渍于上述混合浆料，使得混合浆料均匀负载于多孔sic泡沫骨架上，采用高压气枪除去孔洞中多余浆料；
50.4.重复上述浸渍过程，直至煅烧后负载于tic/sic复合材料中tic的质量分数达到6％。
51.5.将负载了混合浆料的多孔sic泡沫放入60℃烘箱中，保温2h；
52.6.在60℃烘箱中保温2h结束后，将上述负载了混合浆料的多孔sic泡沫放入管式炉中，在氩气气氛保护下进行煅烧，升温速率设为2℃/min，烧结温度为1500℃，反应时间为2h，得到tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料。
53.本实施例所得tic纳米线/sic多孔复合结构吸波材料反射损耗曲线见图4所示。

技术特征：
1.一种高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料，其特征在于所述复合结构吸波材料以多孔sic泡沫为骨架，纳米吸波剂以高温烧结的方式负载在多孔sic泡沫骨架上而成；其中所述多孔sic泡沫孔径尺寸为1-5mm，电阻率为10-10
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ω
·
m；所述纳米吸波剂为tic耐高温介电材料，微观形貌为纳米线。2.权利要求1所述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将tic前驱体粉末与低粘度环氧树脂均匀混合，随后将多孔sic泡沫浸渍其中；(2)浸料后的多孔sic泡沫按环氧树脂的固化制度进行固化；(3)固化后放入管式炉中在氩气气氛保护下进行烧结，得到tic/sic多孔复合吸波材料。3.权利要求1所述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，其特征在于步骤(1)所述tic前驱体粉末按以下方式制备而来：将蔗糖、nacl、ni(no3)2·
6h2o、tio2粉末、蒸馏水混合搅拌5h-6h，升温至100℃保温8-10h，然后升温到180℃-200℃保温8-10h得到黑色混合物，碾磨倒粒径小于80um得到tic前驱体粉末。4.权利要求3所述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，其特征在于所述tio2粉末的粒径为20-100nm。5.权利要求3所述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，其特征在于所述nacl、ni(no3)2·
6h2o、蔗糖、tio2粉末的摩尔比为1:1:10:20，蒸馏水用量为上述蔗糖、nacl、ni(no3)2·
6h2o和tio2四种物质的质量之和。6.权利要求1所述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，其特征在于步骤(1)tic前驱体粉末与低粘度环氧树脂混合物中，tic前驱体粉末的质量百分数为20％。7.权利要求1所述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，其特征在于步骤(1)还包括采用高压气枪除去浸渍后多孔sic泡沫孔隙中浆料。8.权利要求1所述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，其特征在于步骤(3)烧结升温速率设为2℃/min，烧结温度为1300-1500℃，时间为2h。9.权利要求1所述高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料的制备方法，其特征在于步骤(3)所得tic/sic多孔复合吸波材料中tic的质量百分数为5-10％。

技术总结
本发明公开了一种高温泡沫陶瓷复合结构吸波材料，所述复合结构吸波材料以多孔SiC泡沫为骨架，纳米吸波剂以高温烧结的方式负载在多孔SiC泡沫骨架上而成；其中所述多孔SiC泡沫孔径尺寸为1-5mm，电阻率为10-10


技术研发人员：李永清 鄢柳柳 王轩 徐梦秋 黄威
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/6