铁氧体/短切碳纤维吸波复合材料的制备与研究

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目前,电磁波技术的不断发展,给科技和生活带来了很大的帮助,与此同时,电磁波辐射、电磁波干扰等问题严重影响了电气设备的工作和人们的生活。因此,对电磁波广泛使用时,更要密切的控制电磁波带来的问题。然而,能够吸收微波频率范围内的电磁辐射是当前技术相当缺乏的地方。因此,本文研究的最主要的问题是吸波材料的微波吸收问题。另外,吸波/承载一体化的结构吸波材料是目前吸波领域的一个研究热点;许多研究人员致力于开发高性能的吸波剂,将吸波剂和树脂、纤维等复合为多层的结构功能材料是一个新的思路和方向。铁氧体既具有介电损耗又具有磁损耗功能,但其介电损耗很小,主要是磁损耗型吸波剂;W型铁氧体由于合成工艺简单,合成周期短,成本较低,在高频率波段具有较好的吸收性能而广受关注。本文通过溶胶-凝胶自蔓延燃烧法合成W型锶铁氧体,通过调节溶胶的不同的PH值,铁氧体的前驱体的后期煅烧温度,确定合成W型铁氧体的最佳合成工艺。根据最佳合成工艺,通过稀土元素镧进一步改善W型铁氧体的电磁参数和磁性能,得到电磁性能优良的改性铁氧体。另外,短切碳纤维属于介电损耗型吸波剂,其由于密度低、耐候性优良、化学稳定性较好,因此其常被用作结构吸波材料的功能吸波剂。本文通过选取不同长度的短切碳纤维,按照不同质量分数添加到环氧树脂中,根据测试结果,选取最佳长度、最佳含量的短切碳纤维作为介电损耗型吸波剂。通过研究了W型铁氧体合成与改性后的吸波性能以及短切碳纤维的吸波机制,最后,本文将这具备两种吸波机理的吸波剂进行复合,制备出吸波/承载型结构功能复合材料。层板型结构功能性吸波材料主要有三层,包括透射层、吸波层和反射层,其中透射层用4层低介无碱玻璃纤维布和环氧树脂复合而成,反射层是180mm×180mm的碳纤维布/环氧树脂层,吸波层包括两层,一层是短切碳纤维/环氧树脂复合材料,另一层是W型铁氧体/环氧树脂复合材料,实验通过调节双层吸波层厚度和顺序,来确定吸波性能和力学性能较好的双层吸波层层板型结构吸波材料。结果表明:溶胶-凝胶自蔓延燃烧法合成W型铁氧体时,当溶胶的PH值为7,前驱体煅烧温度为1200℃时,合成的W型铁氧体具有典型的六角片状结构;当稀土La3+的掺杂的摩尔系数为0.3,即Sr0.7La0.3Co2Fe16O27时,其电磁参数和磁性能都得到了优化,吸波性能得到了有效的改善。通过反射率的测试,得到短切碳纤维的长度为3mm时,电磁波损耗效果较好,当碳纤维的质量分数在0.1%~0.9%之间,不同质量分数的短切碳纤维在不同的电磁频带下具有一定的吸收效果,因此,可以根据实际应用的需要加入一定的含量的碳纤维。将铁氧体、短切碳纤维分别和环氧树脂复合为吸波层制备出具备双层吸波层结构材料,当短切碳纤维/环氧树脂吸波层作为外层且厚度为0.5mm,铁氧体/环氧树脂吸波层作为内层且厚度为1.5mm时,在8~20GHz吸波性能优良,最大吸收量达到-24.5dB。
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