一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷及其制备方法，该复相陶瓷中的Co3O4吸波剂以颗粒状在Al2SiO5陶瓷纤维板中，分散均匀，有利于提高该材料的吸波性能；其中的Co3O4吸波剂对电磁波兼具介电损耗和磁性损耗；Co3O4颗粒的表面包覆有一层Co单质界面层，该复相陶瓷材料密度低，耐高温性能好。该制备方法采用浸渍法将吸波剂原料引入到多孔陶瓷内部，所得Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷中吸波剂能够均匀分散，有利于提高材料的吸波性能；选用的多孔Al2SiO5陶瓷纤维板作为基体材料，具有耐高温、低密度的特点，制备过程中Al2SiO5陶瓷纤维板基体的形状、尺寸保持不变，且复相陶瓷保持较低的密度；本方法整个制备工艺步骤简单、周期短、易于操作、重复性好。

A Porous Co_3O_4/Al_2SiO_5 Low Density Wave Absorbing Composite Ceramic and Its Preparation Method

The invention discloses a porous Co3O4/Al2SiO5 low density absorbing multiphase ceramics and its preparation method. The Co3O4 absorbent in the multiphase ceramics is dispersed uniformly in the Al2SiO5 ceramic fiberboard in granular form, which is beneficial to improving the absorbing property of the material; the Co3O4 absorbent has both dielectric loss and magnetic loss to electromagnetic wave; the surface of the Co3O4 particle is coated with a layer of Co monomer interface. The multiphase ceramic material has low density and good high temperature resistance. The preparation method uses impregnation method to introduce absorbent material into porous ceramics, and the absorbent in the Co 3O 4/Al 2SiO 5 composite ceramics can be uniformly dispersed, which is beneficial to improving the absorbing property of the material. The porous Al 2SiO 5 ceramic fiberboard is selected as the matrix material, which has the characteristics of high temperature resistance and low density. During the preparation process, the shape and size of the matrix of Al 2SiO 5 ceramic fiberboard are not maintained. The method has the advantages of simple preparation procedure, short cycle, easy operation and good repeatability.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷及其制备方法
本专利技术属于一种雷达吸波型多孔复相陶瓷领域，特别涉及一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷及其制备方法。
技术介绍
雷达波吸收材料应当具备吸收能力强、吸收频带宽、厚度薄、耐高温、抗氧化等特点，此外还需要具有较低的密度。制备工艺简单、吸波性能优异且低密度的吸波材料在民用和国防领域都具有重要的应用潜力。通常的雷达波吸收材料由透波载体负载微波吸收剂构成。微波吸收剂具有高介电损耗或(和)高磁损耗特性，包括碳纳米管、碳化硅、铁氧体等。所使用的Co3O4纳米颗粒具有较小的颗粒，较高的介电损耗性能。此外，Co3O4材料还具有磁性损耗，在高频电磁场中具备较好的电磁波吸收性能。透波基体材料一般具有低的介电损耗和磁性损耗，包括氧化物、氮化物陶瓷等。所使用的多孔Al2SiO5陶瓷纤维板由Al2SiO5纤维及粘结剂经高温烧结而成，密度小于0.5g/cm3，气孔率大于90％，具有密度低、高温稳定性好的优点，其对高频电磁波无损耗，是构筑吸波材料的一种理想的基体材料，相对介电常数和介电损耗分别为1.3和小于0.01，且Al2SiO5与Co3O4有较好的高温化学相容性。现有的吸波型复合材料的制备方法通常采用浸渍或涂刷工艺将吸波剂引入到纤维预制体中，最终获得复合材料，但是制备工艺复杂、以及原材料的限制，使得制备成本高，制备周期较长，且制备出来的最终的吸波复合材料的密度一般大于2g/cm3，使得这一类吸波材料的应用受到限制，尤其是在航空航天等对材料密度有较严格要求的领域，其吸波材料的吸波性能有待于进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷及其制备方法；该方法选用兼具介电损耗和磁性损耗的Co3O4材料作为吸波剂，选用多孔Al2SiO5陶瓷纤维板作为透波基体，在透波基体上附着有Co3O4颗粒，Co3O4颗粒表面包覆有纳米级的Co界面层，构成了核壳结构以增强其界面极化和介电损耗能力，获得制备工艺简单、吸波性能优良的低密度吸波材料。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷，包括Al2SiO5陶瓷纤维板，在Al2SiO5陶瓷纤维板中的纤维表面及间隙中附着有Co3O4颗粒，Co3O4颗粒表面包覆有纳米级的Co界面层。优选的，所述多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷的密度≤0.7g/cm3。优选的，所述多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷表面覆盖有SiO2层。优选的，所述Co3O4颗粒的粒径为50～200nm，Co界面层的厚度为1～2nm。一种上述多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤1，制备四水合乙酸钴的摩尔浓度为0.1～0.4mol/L的乙酸钴溶液；步骤2，在真空或压力下将Al2SiO5陶瓷纤维板浸渍在乙酸钴溶液中0.5h，制得预制体，所述预制体为在乙酸钴溶液中浸泡后的Al2SiO5陶瓷纤维板；将预制体干燥后进行热处理，得到一次浸渍后的多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷；步骤3，重复步骤2若干次，至多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷中的Co3O4含量为10～50wt％，得到反复浸渍后的多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷；步骤4，将步骤3得到的反复浸渍后的多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷在还原气氛下进行热处理，在多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷中的Co3O4表面形成一层纳米级的Co单质界面层，制备出多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷。优选的，步骤1中，乙酸钴溶液的制备过程为：将四水合乙酸钴、单乙醇胺按摩尔比为1：1加入无水乙醇中，得到混合溶液；其中四水合乙酸钴在混合溶液中的摩尔浓度为0.1～0.4mol/L；将混合溶液在30℃下搅拌1h，制得乙酸钴溶液。优选的，步骤2中，Al2SiO5陶瓷纤维板浸渍在乙酸钴溶液的过程中为在真空度小于50Pa的环境下，或压力为1-5MPa的环境下；预制体的干燥温度为100℃，干燥时间为0.5h。优选的，步骤2中，干燥后的热处理过程为将干燥的预制体放置于马弗炉中，热处理温度为200～400℃，热处理时间为0.5～2h。优选的，步骤4中，热处理的过程为将反复浸渍后的多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷在气氛炉中烘烤1～3h，热处理温度温度为200～350℃，热处理气氛为还原性气氛；所述还原性气氛为氢气和氩气的混合气体或氢气和氮气的混合气体，两种混合气体中氢气的体积含量均为20～100％。优选的，步骤4后，将多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷浸渍于硅溶胶中，在真空或压力下浸渍0.5小时，将浸渍后的多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷在200～350℃热处理0.5～2h，使得多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷表面形成一层SiO2保护层。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷，该复相陶瓷中的Co3O4吸波剂以颗粒状在Al2SiO5陶瓷纤维板中，分散均匀，有利于提高该材料的吸波性能；其中的Co3O4吸波剂对电磁波兼具介电损耗和磁性损耗；Co3O4颗粒的表面被包覆一层还原得到的Co单质，与Co3O4颗粒形成核壳结构，所形成的异质界面将有利于提高材料的界面极化和介电损耗能力，该复相陶瓷材料密度低，耐高温性能好。进一步的，该多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷的密度≤0.7g/cm3，可以在不显著增加基体密度的前提下赋予基体材料吸收电磁波这一功能。进一步的，该多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷表面覆盖有SiO2层，防止该复相陶瓷使用过程中通过部分还原得到的Co单质界面层接触空气后被氧化，从而影响材料的界面极化能力和吸波性能。本专利技术还公开了一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷的制备方法，该方法采用溶液浸渍法，将配置的乙酸钴溶液通过真空或压力浸渍过程引入到多孔Al2SiO5陶瓷纤维板中，经过热处理将乙酸钴转化为Co3O4，之后经多次浸渍、热处理，使得Co3O4达到所需含量，再经过还原性气氛热处理将Co3O4颗粒表面还原获得一层Co界面层，最后浸渍一次硅溶胶，经干燥、热处理形成SiO2保护层，得到多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷；该方法采用浸渍法将吸波剂原料引入到多孔陶瓷内部，所得Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷中吸波剂能够均匀分散，有利于提高材料的吸波性能；选用的多孔Al2SiO5陶瓷纤维板作为基体材料，具有耐高温、低密度的特点，制备过程中Al2SiO5陶瓷纤维板基体的形状、尺寸保持不变，且复相陶瓷保持较低的密度；本方法整个制备工艺步骤简单、周期短、易于操作、重复性好。【附图说明】图1为本专利技术的实施例3所制备的Co3O4纳米颗粒的扫描电镜照片；图2为本专利技术的实施例3所制备的Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷的扫描电镜照片；其中，(a)图为100μm倍数下；(b)图为50μm倍数下；图3为本专利技术的实施例3所制备的表面包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷，其特征在于，包括Al2SiO5陶瓷纤维板，在Al2SiO5陶瓷纤维板中的纤维表面及间隙中附着有Co3O4颗粒，Co3O4颗粒表面包覆有纳米级的Co界面层。

【技术特征摘要】
1.一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷，其特征在于，包括Al2SiO5陶瓷纤维板，在Al2SiO5陶瓷纤维板中的纤维表面及间隙中附着有Co3O4颗粒，Co3O4颗粒表面包覆有纳米级的Co界面层。2.根据权利要求1所述的一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷，其特征在于，所述多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷的密度≤0.7g/cm3。3.根据权利要求1所述的一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷，其特征在于，所述多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷表面覆盖有SiO2层。4.根据权利要求1所述的一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷，其特征在于，所述Co3O4颗粒的粒径为50～200nm，Co界面层的厚度为1～2nm。5.一种权利要求1-4任意一项所述的多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备四水合乙酸钴的摩尔浓度为0.1～0.4mol/L的乙酸钴溶液；步骤2，在真空或压力下将Al2SiO5陶瓷纤维板浸渍在乙酸钴溶液中0.5h，制得预制体，所述预制体为在乙酸钴溶液中浸泡后的Al2SiO5陶瓷纤维板；将预制体干燥后进行热处理，得到一次浸渍后的多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷；步骤3，重复步骤2若干次，至多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷中的Co3O4含量为10～50wt％，得到反复浸渍后的多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷；步骤4，将步骤3得到的反复浸渍后的多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷在还原气氛下进行热处理，在多孔Co3O4/Al2SiO5复相陶瓷中的Co3O4表面形成一层纳米级的Co单质界面层，制备出多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔硌，郝瑶睿，齐珺，沈学涛，杨军，许占位，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61