SiC/竹炭(BC)多孔复合材料的制备及吸波性能研究

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当前,吸波材料作为材料领域的研究重点,备受世界各国研究者的广泛关注,其在改善电磁污染、电磁防护、提高飞行器和武器装备的隐身性能等方面具有重要的研究价值和意义。自然界中,天然多孔材料在经高温炭化后仍保留其独特的生物形貌和孔道结构特征,且具有一定的承载能力,通过结合它们自身的物理化学性能,可为设计新型吸波材料提出一种新颖的解决方案。本文以天然竹材经高温裂解炭化得到具有生物多孔结构的竹炭(BC)为模板,金属间化合物二硅化钼(MoSi2)为吸收剂,在催化剂羰基铁粉(Fe(CO)5)的作用下,为BC基体表面制备出有助于改善和提高材料吸波性能的碳化硅晶须(SiCW),并以此技术路线展开深入研究。得到如下结果:(1)采用真空抽渗复合吸收剂MoSi2和包埋硅粉法,在氩气保护气氛中经高温1450℃下烧结得到MoSi2/SiC/BC多孔复合材料,并研究了其物相组成、微观结构、介电性能及其吸波机制。结果表明:MoSi2/SiC/BC多孔复合材料基体孔隙内布满大量的网状结构SiCW。当介电试样MoSi2/SiC/BC复合材料与环氧树脂混合质量比为1:1时,反射率最低,最大反射损耗为-13.48dB,有效吸收频带宽度约1.0GHz,具有一定的吸波效果。(2)将竹炭片磨碎成200目的粉末颗粒,分别采用两种不同的工艺:水浴加热与球磨混合对原料BC粉(碳源)、Si粉(硅源)进行预处理,使其充分混合,将得到的混合原料真空抽渗、抽滤、真空干燥后,高温1450℃下氩气保护气氛中进行烧结,并保温1h,制备出具有多孔结构的Si/SiC/BC多孔复合材料,并研究了其物相组成、微观结构、介电性能及其吸波机制。结果表明:当采用水浴加热工艺对混合原料进行预处理高温烧结后,介电试样在2.2-2.5mm厚度下,整个X波段反射损耗均在-10dB以下,对电磁波的吸收和损耗达90%以上,吸波性能优异。(3)采用水浴加热工艺对BC粉与Si粉混合原料进行预处理后,添加一定量催化剂Fe(CO)5,有利于碳热还原反应促进SiC的生成,并在高温1450℃氩气气氛保护下进行烧结,制备出具有多孔结构的SiC/BC多孔复合材料,并研究了其物相组成、微观结构、官能团种类、碳材料石墨化程度及吸波性能。结果表明:在SiC/BC多孔复合材料中,BC颗粒孔结构内布满SiCW,其发育尺寸较长,并且互相交织缠绕。在对催化剂添加量为2.0%制备的SiC/BC多孔复合材料进行1-5mm厚度模拟反射率三维图中发现,当介电试样厚度约为2.5-2.8mm时,整个X波段反射损耗均在-10dB以下,最低反射率为-32.15dB,有效吸收频带宽达4.2GHz。最后,对后续多孔BC基吸波材料在SiC纳米线的制备、竹炭纤维和BC基体上增加界面层方面的研究提出了展望。
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