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在电磁理论飞速发展的大环境下,各种电子元器件的使用为人们的生产、生活带来了极大的便利,但与此同时,电磁辐射与污染带来了新的社会问题。此外,雷达技术的发展让远程导弹、航天飞机等飞行器无所遁形,极大地威胁着武器装备的生存环境。针对上述情况,实现电磁隐身、电磁防护是刻不容缓的关键问题。吸波复合材料是解决电磁问题的有效途径,通过对电磁波能量进行有效的吸收、转化,可以大幅衰减透过的电磁波能量,达到“隐身”的目的。通过将透波基体与高性能吸波剂、高性能增强纤维复合,并进行铺层结构、含量配比、填料掺杂等设计,同时使用新型树脂成型技术,可以制备出在热学、光学、力学等方面具有优异综合性能的结构功能一体化复合材料。以吸波性能为衡量基础,开展对高性能新型吸波剂的研究,并以此作为吸波功能相制备出质量轻、厚度薄、吸收频带宽、吸收能力强的吸波-结构功能一体化复合材料,是世界各国研究的热点。
本文以碳化硅(SiC)材料作为研究核心,首先开展了对碳化硅特殊微观结构的制备研究。以酵母菌为模板,通过溶胶-凝胶法和碳热还原法,制备出尺寸均匀、结构完整的具有酵母菌形貌的碳化硅空心球吸波剂。通过与枝状普通碳化硅在电磁、吸波性能方面的对比发现,空心结构不但可以降低材料整体密度,还可以改善阻抗匹配特性,显著增加电磁波的反射、散射效应,同时增强偶极子极化与界面极化,进而拥有十分优异的吸波性能(厚度 4.0mm 时有效频宽为6.05GHz)。随后,使用化学镀法对碳化硅类吸波剂进行镍/银包覆表面改性。采用氯化镍-次磷酸钠体系对空心碳化硅进行纳米镍镀层的包覆,磁性纳米镍粒子改善了单一介电材料的阻抗匹配,增强了极化弛豫效应,同时引入了磁性介质的铁磁共振效应和涡流效应,使吸波性能显著提高(厚度3.6mm时有效频宽为9.31GHz);采用硝酸银-葡萄糖体系对β碳化硅晶体进行纳米银镀层的包覆,金属银粒子良好的介电特性提高了极化弛豫效应和电导损耗,同时银与碳化硅较大的介电性质差异使Maxwell-Wagner效应显著增强,吸波体匹配厚度大幅降低,使用主盐浓度为 1.0g/L 的化学镀银液制备出的样品可在低厚度下获得良好的吸波性能(厚度 1.6mm 时有效频宽为4.99GHz)。最后,通过设计碳化硅晶体/碳化硅纤维的相对含量,使用热压成型工艺制备出环氧树脂/碳化硅/碳化硅纤维(ER/SiC/SiCf)结构功能一体化复合材料,研究了碳化硅填料对复合材料热稳定性、力学性能以及在X波段(8-12GHz)的吸波性能的影响。SiC/SiCf的添加改善了复合材料的拉伸性能和弯曲性能,但是会导致热稳定性下降。在X波段,添加2.5wt%SiC和2.5wt%SiCf的复合材料的吸波性能显著上升(厚度39.5mm时有效频宽为1.6GHz)。
本文以碳化硅(SiC)材料作为研究核心,首先开展了对碳化硅特殊微观结构的制备研究。以酵母菌为模板,通过溶胶-凝胶法和碳热还原法,制备出尺寸均匀、结构完整的具有酵母菌形貌的碳化硅空心球吸波剂。通过与枝状普通碳化硅在电磁、吸波性能方面的对比发现,空心结构不但可以降低材料整体密度,还可以改善阻抗匹配特性,显著增加电磁波的反射、散射效应,同时增强偶极子极化与界面极化,进而拥有十分优异的吸波性能(厚度 4.0mm 时有效频宽为6.05GHz)。随后,使用化学镀法对碳化硅类吸波剂进行镍/银包覆表面改性。采用氯化镍-次磷酸钠体系对空心碳化硅进行纳米镍镀层的包覆,磁性纳米镍粒子改善了单一介电材料的阻抗匹配,增强了极化弛豫效应,同时引入了磁性介质的铁磁共振效应和涡流效应,使吸波性能显著提高(厚度3.6mm时有效频宽为9.31GHz);采用硝酸银-葡萄糖体系对β碳化硅晶体进行纳米银镀层的包覆,金属银粒子良好的介电特性提高了极化弛豫效应和电导损耗,同时银与碳化硅较大的介电性质差异使Maxwell-Wagner效应显著增强,吸波体匹配厚度大幅降低,使用主盐浓度为 1.0g/L 的化学镀银液制备出的样品可在低厚度下获得良好的吸波性能(厚度 1.6mm 时有效频宽为4.99GHz)。最后,通过设计碳化硅晶体/碳化硅纤维的相对含量,使用热压成型工艺制备出环氧树脂/碳化硅/碳化硅纤维(ER/SiC/SiCf)结构功能一体化复合材料,研究了碳化硅填料对复合材料热稳定性、力学性能以及在X波段(8-12GHz)的吸波性能的影响。SiC/SiCf的添加改善了复合材料的拉伸性能和弯曲性能,但是会导致热稳定性下降。在X波段,添加2.5wt%SiC和2.5wt%SiCf的复合材料的吸波性能显著上升(厚度39.5mm时有效频宽为1.6GHz)。