SiCp-SiO2复合材料制备及吸波性能的研究

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碳化硅具有低密度、高强度、耐腐蚀、抗热震性好等许多优异性能,是一种重要的工程高温结构陶瓷材料。关于它还有一个令人瞩目的特性就是它的良好的微波吸收特性,是一种非常有用途的吸波材料,特别是高温吸波材料。目前研究最多的是碳化硅纤维(SiCf)的结构材料,并取得了很好的吸波效果。但是,由于SiCf的昂贵和制备工艺复杂,使这类材料的制造成本比较高,很难在民用上获得广泛应用。 本课题采用溶胶凝胶—非均相沉淀法将二氧化硅(SiO2)包裹到碳化硅颗粒(SiCp)表面,并分析了加水量、pH值以及反应温度等对正硅酸乙脂(TEOS)水解速率的影响。采用差示量热扫描(DSC-TG)分析复合粉体在加热过程中的物理和化学变化行为,并以此制定煅烧温度及烧成制度,进行常压烧结制备SiCp-SiO2陶瓷复合材料;运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)手段对样品性能和形貌进行表征;阿基米德原理测试样品的密度,研究SiCp-SiO2复合材料的烧成机制及影响因素;制备SiCp-SiO2树脂复合材料,采用矢量网络分析仪测量两种材料的电磁参数和反射率,初步了解SiCp-SiO2复合材料的微波吸收机理,为进一步开发SiCp-SiO2复合材料在微波吸收领域的实际应用提供了参考。 结果表明,采用溶胶凝胶—非均相沉淀的方法,可以将SiO2包裹到SiCp表面,获得的复合粉体中SiCp和SiO2两相之间的混合均匀。过量的水有助于加快TEOS的水解速率,先酸后碱催化的二步水解法可以大大缩短水解反应周期。原始颗粒形貌和反应温度显著影响复合粉体的包裹效果。复合粉体最佳烧结温度为1400℃,当SiCp:SiO2=7:3(体积比)时陶瓷具有最好的吸波效果,此时烧结体达到最大密度2.03g/cm3。研究表明,由于具有三维网状结构,SiCp-SiO2陶瓷复合材料的吸波效果优于SiCp-SiO2树脂复合材料,在12.4~18GHz范围内反射衰减达-5dB以上,最大可达-10.3dB。
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