C-SiC-SiO2復(fù)合基體材料的制備及其吸波性能研究.pdf

1、C/C復(fù)合材料具有密度低、高比強度比模量、高熱傳導(dǎo)性、低熱膨脹系數(shù)、斷裂韌性好、耐磨、耐燒蝕等特點。因而廣泛地應(yīng)用于航空、航天、核能、化工、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。但是C/C復(fù)合材料因整體導(dǎo)電性較好，對微波的反射很強，無法直接用作微波吸收材料。目前主要是通過表面復(fù)合吸波涂層來改善C/C復(fù)合材料的微波吸收性能。C/C復(fù)合材料由炭纖維和基體炭組成，制備方法之一是將瀝青或樹脂浸入炭纖維編織體的孔隙中，再經(jīng)高溫?zé)崽幚硎篂r青或樹脂炭化并填充在炭纖維編織體

2、的孔隙中，通過反復(fù)多次浸漬.炭化過程，使C/C復(fù)合材料達到一定的密度。如果在瀝青或樹脂中添加適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)，使其在熱處理過程與瀝青或樹脂熱解形成的碳反應(yīng)，生成電導(dǎo)率較低且具有一定微波吸收性能的基體材料，則可降低C/C復(fù)合材料的整體電導(dǎo)率，提高其微波吸收性能。
　　為了找到合適的基體炭材料并制備出具有結(jié)構(gòu)和吸波一體化的C/C復(fù)合材料，本文首先考察了五種不同的基體炭材料的吸波性能，并對它們的介電常數(shù)、理論反射損耗和實際反射損耗進行了分析和

3、比較。通過分析和比較發(fā)現(xiàn)，活性炭和瀝青炭樣品的吸波效果較好，從1.5mm的厚度開始就有較高的吸波性能，且反射損耗小于-5dB的頻段范圍較寬，適合作高吸波性能C/C復(fù)合材料的基體炭。
　　在此基礎(chǔ)上，以活性炭和瀝青炭材料作前驅(qū)體，正硅酸乙酯(TEOS)作硅源，采用溶膠凝膠和碳熱還原相結(jié)合的方法制備活性炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料和瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料。在制備工藝中，原料種類、原料配比和熱處理溫度是影響活性

4、炭或瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料組成和結(jié)構(gòu)的主要因素，因而也是影響其電磁波吸收性能的主要因素。為此，本文系統(tǒng)考察了原料種類、配比以及熱處理溫度對活性炭基/瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的組成、晶體結(jié)構(gòu)和電磁性能的影響。結(jié)果表明，無論是活性炭材料還是瀝青炭材料，經(jīng)過改性后，吸波性能都有較為明顯的提高。在活性炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料方面，當(dāng)原料采用低表面積活性炭，熱處理溫度為1600℃，TEOS用量為其與活

5、性炭混合物質(zhì)量的40%時，所制備的活性炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的吸波性能最好，理論反射損耗逐漸由-6.6dB增加到-30.8dB，反射損耗小于-5dB的頻寬逐漸由3.5GHz增加到6.1GHz；在瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料方面，當(dāng)原料采用中溫煤瀝青，熱處理溫度為1600℃，TEOS用量為其與煤瀝青混合物質(zhì)量的30%時，所制備的瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的吸波性能最好，理論反射損耗逐漸由-15.3d

6、B增加到-26.4dB，理論反射損耗小于-5dB的頻寬逐漸由4.1GHz增加到5.0GHz。同時，熱處理溫度、配比和樣品厚度的改變也會對活性炭基或瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的低頻吸波性能產(chǎn)生影響，主要體現(xiàn)在降低熱處理溫度，增大配比和增加厚度均有利于改善其低頻吸波性能，使吸收峰位向低頻方向移動。
　　選擇合適的活性炭基或瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料作吸波劑，制備出活性炭基或瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基

7、體材料的吸波涂層，考察了活性炭基或瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的實際反射損耗及涂層厚度對活性炭基或瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的實際反射損耗的影響。結(jié)果表明，隨著涂層厚度的增加，實際反射損耗最大值對應(yīng)的頻率向低頻方向移動。當(dāng)涂層厚度為3mm時，活性炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的實際反射損耗的最大值為-27.7dB，瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的實際反射損耗的最大值為-12.5dB，均小于厚度為

8、3mm時的理論反射損耗的最大值，與厚度為1.5mm時的理論反射損耗較為接近，可能的原因是吸波材料在涂層中沒有連續(xù)均勻分布以及涂層在金屬表面的分布不均勻，使得電磁波在材料內(nèi)部傳輸不暢通，發(fā)生反射和散射造成的。
　　根據(jù)瀝青炭基C/SiC/SiO2復(fù)合基體材料的吸波性能，采用經(jīng)過優(yōu)化配比的瀝青和正硅酸乙酯混合物為浸漬劑，制備了以瀝青炭基C/SiC/SiO2作基體的C/C復(fù)合材料，并對其結(jié)構(gòu)和吸波性能進行了表征和分析。結(jié)果表明，以瀝青炭