一种泡沫陶瓷基干涉型吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于吸波隐身材料技术领域，尤其涉及一种泡沫陶瓷基干涉型吸波材料及其制备方法。该泡沫陶瓷基干涉型吸波材料由碳纤维膜与泡沫陶瓷复合而成，泡沫陶瓷由陶瓷粉料压制成坯体在710～750℃空气中烧结20～30min而成。通过协调坯体的原料成分、烧结温度和烧结时间，实现了坯体在高温烧结时发泡，所制备的泡沫陶瓷内部全部为闭孔。压制坯体时，将碳纤维膜预埋在坯体中，烧结后碳纤维膜被封闭在泡沫陶瓷内。本发明专利技术所述制备方法具有工艺简单、成本低、成品率高等优点；所述泡沫陶瓷基干涉型吸波材料具有吸波性能优异和轻质、保温、隔热、防水等特点。相较于树脂基吸波材料，所述泡沫陶瓷基干涉型吸波材料具有优异的耐高温性能，可在650℃长时间服役。可在650℃长时间服役。

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫陶瓷基干涉型吸波材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于吸波隐身材料
，具体涉及一种泡沫陶瓷基干涉型吸波材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]干涉型吸波材料是通过在透波基体中构建电磁干涉结构制成，一般具有频率选择性和吸收效率高的特点，是一种理想的雷达隐身材料，是电磁屏蔽、避免通讯设备干扰、防止信息泄露、建筑防辐射等民用领域的技术关键。
[0003]聚合物尤其是树脂材料，具有成型简单、使用方便、介电常数和磁导率低的显著特点，是制备干涉型吸波材料的理想透波基体。现有文献报道的树脂基干涉型吸波材料，通常是利用导电的碳纤维、碳毡或铝箔等材料在树脂基体中构建干涉结构制成。研究表明：基于树脂材料制备的干涉型吸波材料具有成型简单、设计自由度大、吸波效果易实现等显著优点。然而，由于树脂材料具有耐温性差的致命缺点，使得树脂基干涉型吸波材料无法用于高温环境。
[0004]由石英、氮化硅、氮化硼、氧化铝等介电常数较低的无机非金属材料烧成的多孔陶瓷具有优异的透波性能。这些多孔陶瓷也是制备干涉型吸波材料的理想透波基体材料，而且具有优异的耐温性能，可在高温环境长时间服役。然而，陶瓷基干涉型吸波材料的制备难度很大，而且高温吸波性能不稳定。这是因为，在对陶瓷基体进行烧结时，基体内用于构建干涉结构的碳纤维、碳毡或铝箔会发生严重的氧化破坏，虽然采用气氛保护可以避免干涉结构的破坏，但会大幅增加材料的制造成本。实际上，即便是采用气氛保护成功制得了陶瓷基干涉型吸波材料，当服役环境为高温空气时，该材料内部的干涉结构还是会发生氧化破坏。综上原因，关于陶瓷基干涉型吸波材料的研究报道很少。
[0005]近期，文献1“Fabrication and electromagnetic wave absorption performance of quartz ceramics containing inductive SiC screens,Ceramics International.2019,45(10):13561
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13566.”和文献2“Preparation and properties of a Jauman type microwave absorbing ceramic with carbon felt film,Ceramics International.2021,47(1):1381
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1388.”分别制备了两种吸波性能优异的陶瓷基干涉型吸波材料。文献1中，为了保证材料内SiC干涉结构的完整性，采用了先烧结后填充的复杂工艺。首先，利用消失模法，在1150℃烧结制得了含规则孔道的陶瓷基体；然后，采用浆料浸渍法在孔道中填满SiC粉料构建干涉结构；最后，进行阴干得到陶瓷基干涉型吸波材料。文献2中，为了保证材料内碳纤维干涉结构的完整性，配制了可在较低温度烧结的陶瓷粉料，实现了在740～800℃烧制陶瓷基体，为了确保碳纤维干涉结构的完整性，烧结过程采用了氮气保护。可见，上述两种陶瓷基干涉型吸波材料都存在制造成本高和量产难度大的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述树脂基干涉型吸波材料存在耐高温性能差的不足，以及陶瓷基干
涉型吸波材料存在制备难度大，制备工艺复杂，制备成本高的不足，提供一种泡沫陶瓷基干涉型吸波材料及其制备方法，该吸波材料由碳纤维膜与泡沫陶瓷基体复合而成，泡沫陶瓷基体由含碳纤维膜的陶瓷坯体直接烧制而成；泡沫陶瓷基体具有优异的透波性能，电磁波可以几乎没有任何损耗的进入泡沫陶瓷基体中；烧结后，碳纤维膜位于泡沫陶瓷基体内，用于对进入泡沫陶瓷基体内的电磁波进行干涉。
[0007]本专利技术的第一个目的在于，提供一种泡沫陶瓷基干涉型吸波材料，所述吸波材料由碳纤维膜与泡沫陶瓷基体复合而成，所述泡沫陶瓷基体由含碳纤维膜的陶瓷坯体直接烧制而成，所述碳纤维膜位于泡沫陶瓷基体内。
[0008]进一步，所述泡沫陶瓷基体的粉料包括以下组分：石英、氧化铝、碳酸钠、碳酸钾、氧化镁、硼砂。
[0009]进一步，所述泡沫陶瓷基体的粉料中的石英、氧化铝、碳酸钠、碳酸钾、氧化镁、硼砂按照(47～55):(7～9):(2～3):(2～3):(2～4):(32～36)的重量比进行配制。
[0010]进一步，所述泡沫陶瓷基体的粉料中还包括碳酸钙。
[0011]本专利技术的第二个目的在于，提供上述泡沫陶瓷基干涉型吸波材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)对碳纤维膜进行裁剪，备用；
[0013](2)先将石英、氧化铝、碳酸钠、碳酸钾、氧化镁、硼砂按照(47～55):(7～9):(2～3):(2～3):(2～4):(32～36)的重量比进行配制，然后加入碳酸钙；
[0014](3)对步骤(2)配制好的原料进行球磨，得到粒径小于3微米的混合干料；
[0015](4)向步骤(3)的混合干料中加入水，继续球磨得到混合湿料；
[0016](5)将步骤(4)的混合湿料倒入模具中，其间埋入步骤(1)裁剪好的碳纤维膜；
[0017](6)对步骤(5)模具内的混合湿料进行模压，制得陶瓷坯体；
[0018](7)将步骤(6)模压好的陶瓷坯体进行烘干；
[0019](8)将步骤(7)烘干的陶瓷坯体直接放入已经升温至710～750℃的高温炉中，在空气气氛中保温；
[0020](9)将步骤(8)中保温后的高温炉以20～30℃/min的速率降温至690℃，然后以6～8℃/min的速率降温至100℃以下，得到泡沫陶瓷基干涉型吸波材料。
[0021]采用上述方案的有益效果是：通过协调坯体的原料成分、烧结温度和烧结时间，实现了坯体在高温烧结时发泡，所制备的泡沫陶瓷内部全部为闭孔。压制坯体时，将碳纤维膜预埋在坯体中，烧结后碳纤维膜被封闭在泡沫陶瓷内。本专利技术所述制备方法具有工艺简单、成本低、成品率高等优点；所述泡沫陶瓷基干涉型吸波材料具有吸波性能优异和轻质、保温、隔热、防水等特点。相较于树脂基吸波材料，所述泡沫陶瓷基干涉型吸波材料具有优异的耐高温性能，可在650℃长时间服役。
[0022]进一步，所述的步骤(2)中，碳酸钙的重量百分比为7～9％。
[0023]进一步，所述的步骤(4)中，混合湿料中水的重量百分比为8～12％。
[0024]进一步，所述的步骤(6)中，模压压力为2～4MPa。
[0025]进一步，所述的步骤(7)中，烘干温度为90～100℃，烘干时间为80～120min。
[0026]进一步，所述的步骤(8)中，保温时间为20～30min。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0028]1、采用步骤(2)中所述比例配制的混合料，可使步骤(6)中所述的坯体具有如下特点：当温度低于660～670℃时，坯体处于固态；当温度高于660～670℃时，坯体开始发生熔融；尤其是当温度高于690～700℃时，坯体会迅速熔融成粘稠且连续的整体。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫陶瓷基干涉型吸波材料，其特征在于，所述吸波材料由碳纤维膜与泡沫陶瓷基体复合而成，所述泡沫陶瓷基体由含碳纤维膜的陶瓷坯体直接烧制而成，所述碳纤维膜位于泡沫陶瓷基体内。2.根据权利要求1所述的吸波材料，其特征在于，所述泡沫陶瓷基体的粉料包括以下组分：石英、氧化铝、碳酸钠、碳酸钾、氧化镁、硼砂。3.根据权利要求2所述的吸波材料，其特征在于，所述泡沫陶瓷基体的粉料中的石英、氧化铝、碳酸钠、碳酸钾、氧化镁、硼砂按照(47～55):(7～9):(2～3):(2～3):(2～4):(32～36)的重量比进行配制。4.根据权利要求2或3所述的吸波材料，其特征在于，所述泡沫陶瓷基体的粉料中还包括碳酸钙。5.一种如权利要求1～4任一项所述的泡沫陶瓷基干涉型吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对碳纤维膜进行裁剪，备用；(2)先将石英、氧化铝、碳酸钠、碳酸钾、氧化镁、硼砂按照(47～55):(7～9):(2～3):(2～3):(2～4):(32～36)的重量比进行配制，然后加入碳酸钙；(3)对步骤(2)配制好的原料进行球磨，得到粒径小于3微米的混合干料；(4)向步骤(3)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向明，吕翠翠，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：