【摘 要】
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武器装备高温部件隐身技术的快速发展对高温雷达吸波材料提出了迫切的需求,但复杂的高温环境使得高温吸波性能的提升一直成为研究的难点。本论文以获得应用温度范围广、雷达波吸收频带宽和吸波性能温度稳定性好的高温吸波材料为目的,开展了硼化钛（TiB2）吸收剂及其高温雷达吸波材料的研究。分析TiB2吸收剂的损耗特性,通过正负电阻温度系数材料复合的方法探究高温电导率、介电性能和吸波性能之间的关系,并基于结构化设计
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武器装备高温部件隐身技术的快速发展对高温雷达吸波材料提出了迫切的需求,但复杂的高温环境使得高温吸波性能的提升一直成为研究的难点。本论文以获得应用温度范围广、雷达波吸收频带宽和吸波性能温度稳定性好的高温吸波材料为目的,开展了硼化钛（TiB2）吸收剂及其高温雷达吸波材料的研究。分析TiB2吸收剂的损耗特性,通过正负电阻温度系数材料复合的方法探究高温电导率、介电性能和吸波性能之间的关系,并基于结构化设计思路制备陶瓷材料周期结构。主要研究内容和结果如下:分别用高温自蔓延法和碳热还原法制备TiB2,分析其微观形貌与损耗特性之间的关系。高温自蔓延法制备的TiB2（S-TiB2）具有颗粒状形貌;碳热还原法制备的TiB2（R-TiB2）具有纤维状和颗粒状形貌,且纤维数量随制备温度增加先增加后减少,随保温时间增加而增加。S-TiB2/石蜡和R-TiB2/石蜡复合材料的介电常数分别随S-TiB2和R-TiB2含量增加而增加;由于R-TiB2具有更高的极化损耗和电导损耗,R-TiB2具有更优的介电损耗特性,其作为吸收剂在厚度为1.25mm时具有最优吸波带宽（4.64 GHz,RL<-10 dB）。采用正负电阻温度系数材料复合的方法通过放电等离子烧结（SPS）制备了TiB2/MgO（S-TiB2/MgO和R-TiB2/MgO）和TiB2/Al2O3（S-TiB2/Al2O3和R-TiB2/Al2O3）陶瓷材料,研究了工艺参数对介电性能和吸波性能的影响,并对比分析了高温电导率、高温介电性能和吸波性能。S-TiB2含量和烧结温度对陶瓷材料的介电损耗影响较小。S-TiB2/MgO和S-TiB2/Al2O3的吸波带宽均随S-TiB2含量增加先增加后减少,随烧结温度增加而减少。在高温条件下,R-TiB2/MgO的电导率基本不变,R-TiB2/Al2O3的电导率急剧增加,且它们的介电常数均随温度增加而增加。在25～500℃时,由于R-TiB2/Al2O3有较高的电导率,但电导率急剧增大导致其在更高温度时阻抗失配,因此R-TiB2/Al2O3的吸波性能优于R-TiB2/MgO的吸波性能,但在800℃时,R-TiB2/MgO的吸波性能优于R-TiB2/Al2O3的吸波性能。以获得与高温吸波性能最匹配的高温电导率为目的,利用SPS制备了R-TiB2/Al2O3/MgAl2O4陶瓷材料,研究了R-TiB2含量对常温介电性能和吸波性能的影响,分析了不同Al2O3含量时陶瓷材料的高温电导率、高温介电性能和吸波性能。陶瓷材料的介电损耗和吸波带宽均随R-TiB2含量增加先增大后减小;电导率和介电常数随温度和Al2O3含量增加而缓慢增加。且由于正负电阻温度系数材料对高温电导率的补偿作用以及高温下偶极子极化和界面极化的协同作用,该陶瓷材料在25～700℃范围内表现出较好的吸波性能温度稳定性。在前面的基础上,结合S-TiB2可以大量生产,热压烧结法能制备大面积板材的特点,以S-TiB2、Al2O3和MgO为原料,利用热压烧结法制备了S-TiB2/Al2O3/MgAl2O4陶瓷材料,并引入结构化设计思路将其作为图案层（方形结构）和介质层材料设计出陶瓷材料周期结构。S-TiB2含量、图案层和介质层结构参数对陶瓷材料周期结构的吸波性能具有显著影响。在25～700℃内,当S-TiB2含量为18 wt%、方形结构边长a和厚度d2分别为9 mm和4.4 mm、介质层厚度d3为1.2 mm时,吸波带宽（RL<-5 dB）能覆盖整个8.2～18 GHz频段。且该陶瓷材料周期结构高温吸波性能的实测结果和仿真结果变化趋势一致,在1100℃时也表现出较好的吸波性能,具有应用温度范围广、雷达波吸收频带宽和吸波性能温度稳定性好的特点。
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