石英和水泥基體平板吸波材料研究.pdf

1、本文對(duì)石英和水泥為基體的兩種平板復(fù)合材料進(jìn)行了電磁性能研究，開發(fā)了兩種建筑平板吸波材料。 首先對(duì)石英/納米炭黑復(fù)合材料的電磁性能進(jìn)行了研究。采用TEM手段對(duì)N234型納米炭黑的顆粒形貌進(jìn)行了分析，采用同軸法測(cè)定了納米炭黑粒子的電磁參數(shù)，并以石英為基體材料，以水玻璃和聚乙烯醇(PVA)為粘結(jié)劑，對(duì)石英/炭黑復(fù)合材料在150～1500MHz頻段內(nèi)的電磁屏蔽效能和2～18GHz頻段內(nèi)的吸波性能進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，炭黑屬于一種電損

2、耗介質(zhì)，具有較高的電導(dǎo)率和較大的介電常數(shù)。石英/炭黑復(fù)合材料的電磁屏蔽效能隨測(cè)試頻率和炭黑含量的增加而增大。當(dāng)炭黑含量達(dá)到15vol％時(shí)，厚度為7mm的復(fù)合平板在150～1500MHz內(nèi)的屏蔽效能可以達(dá)到-35dB。材料的吸波性能存在一個(gè)極限值，當(dāng)炭黑含量超過6.0vol％時(shí)，入射電磁波在材料表面的反射增強(qiáng)，復(fù)合材料的吸波性能會(huì)下降。 通過TEM、XRD手段分析了納米二氧化錳粒子的顆粒形貌和化學(xué)成分，用同軸法測(cè)定了二氧化錳粒子的

3、電磁參數(shù)，并以石英為基體對(duì)石英/二氧化錳復(fù)合材料的電磁性能進(jìn)行了分析。研究表明，二氧化錳屬于一種介電損耗介質(zhì)，具有較高的電阻率和較大的介電常數(shù)，而且其介電損耗角正切隨頻率的增加變化不大。二氧化錳填充石英復(fù)合材料在低頻下仍然具有較好的吸波性能，且其最佳吸收性能具有頻率選擇性。當(dāng)二氧化錳含量小于40vol％時(shí)，復(fù)合材料在2～18GHz頻段內(nèi)的吸收峰值隨二氧化錳含量的增加而逐漸增大，且峰值頻率逐漸向低頻移動(dòng)。 應(yīng)用Rayleigh混合

4、公式的擴(kuò)展式和吸波性能的計(jì)算公式對(duì)炭黑或二氧化錳填充石英基體復(fù)合材料的電磁性能進(jìn)行理論計(jì)算的結(jié)果表明，當(dāng)炭黑或二氧化錳的含量較大時(shí)，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較接近。說明Rayleigh混合公式的擴(kuò)展式可以用于該復(fù)合體系吸波劑含量較大時(shí)的電磁性能計(jì)算。 水玻璃和聚乙烯醇兩種粘結(jié)劑對(duì)石英基復(fù)合材料的電磁性能具有不同的影響。以水玻璃為粘結(jié)劑的試樣比聚乙烯醇試樣具有更高的屏蔽效能；而兩者的吸波性能相差不大，但水玻璃試樣吸波曲線比較平緩，而聚乙烯

5、醇試樣則具有較大的吸收峰。而且水玻璃試樣具有相對(duì)較高的抗壓性能。 首次對(duì)發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)填充水泥基體復(fù)合材料的吸波性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。采用EPS顆粒表面處理工藝來(lái)增強(qiáng)其與水泥基體的親和性和混合時(shí)的均勻性，分別制備了不同EPS填充率和不同厚度的EPS填充水泥平板試樣，并在微波暗室內(nèi)測(cè)試其吸波性能。通過分析水泥在水化過程中的介電性能變化以及EPS水泥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)研究其微波損耗機(jī)理，結(jié)合能量守恒原理分析了EPS填充率、EPS顆粒

6、直徑以及試樣厚度對(duì)材料吸波性能的影響，并分析了材料最佳厚度的選擇。結(jié)果顯示，EPS填充水泥復(fù)合材料具有較好的吸波性能。其吸波性能隨EPS填充率的增加而逐漸增大，直到60vol％時(shí)達(dá)到最佳，然后隨EPS的繼續(xù)增加吸波性能下降。隨著EPS填充率的增加，材料的透波性能逐漸增強(qiáng)，試樣的匹配厚度也逐漸增大。當(dāng)EPS填充率相同時(shí)，隨著顆粒直徑的增加，材料的匹配厚度也逐漸增大。8～18GHz頻段內(nèi)，EPS填充率60vol％、EPS顆粒直徑2mm、厚度

7、20mm的試樣吸波性能可達(dá)到-10～-15dB，吸收優(yōu)于-10dB的工作帶寬達(dá)6.2GHz。 對(duì)EPS填充水泥復(fù)合材料力學(xué)性能的研究結(jié)果表明，材料的抗壓性能隨EPS填充率的增加而線性下降，且隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢增加。復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度與EPS顆粒與水泥漿體界面的粘結(jié)性能密切相關(guān)。EPS顆粒直徑的減小可以降低EPS顆粒與水泥接觸界面處的空隙和孔洞，所以當(dāng)采用2mm直徑EPS顆粒填充時(shí)，復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度會(huì)比4mmEPS顆粒填充復(fù)