納米多孔陶瓷吸波材料的制備與性能研究

盧建敏 鄭燕 楊靜 史瑞民

摘要：在多孔結(jié)構(gòu)型吸波材料研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料的研究能有效推動(dòng)新型材料的發(fā)展。說(shuō)明納米多孔陶瓷吸波材料各項(xiàng)性能與制備方法，并將其與不同類(lèi)型吸波材料進(jìn)行比較，進(jìn)而為納米多孔陶瓷吸波材料制備方法的完善提出鄒議。

關(guān)鍵詞：納米材料；制備方法；性能研究

材料技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了生產(chǎn)生活的進(jìn)步，信息時(shí)代的到來(lái)更是推動(dòng)電子設(shè)備在日常生活中進(jìn)行大面積普及。與此同時(shí)，由電子設(shè)備帶來(lái)的電磁污染漸漸成為當(dāng)前新得主要污染源。電磁污染不僅對(duì)正常電池信息造成干擾，還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生細(xì)微影響，不加以重視將會(huì)出現(xiàn)很大問(wèn)題。通過(guò)研究新型的吸波材料，能夠有效改善電磁污染對(duì)生產(chǎn)生活的影響。其中，納米多孔型陶瓷吸波材料在這方面漸漸表現(xiàn)出最大的優(yōu)勢(shì)。研究納米多孔陶瓷吸波材料性能以及制備方法有著重要意義。

一、無(wú)機(jī)吸波材料研究現(xiàn)狀

在當(dāng)前對(duì)于無(wú)機(jī)吸波材料有著廣泛的研究，無(wú)機(jī)多孔型吸波材料主要有混凝土、泡沫陶瓷、泡沫玻璃等基體材料通過(guò)在其中插入高性能吸波劑作為介質(zhì)，進(jìn)而制作成吸波材料。多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷吸波材料屬于無(wú)機(jī)吸波材料的一種，所以同樣可以通過(guò)物理方法制備。由物理方法制備的無(wú)機(jī)吸波材料有著優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱、耐振、耐氣候、耐腐蝕、吸音等等，應(yīng)用范圍較廣。另外對(duì)于無(wú)機(jī)多孔型吸波材料研究有著相對(duì)完善的數(shù)學(xué)模型，能夠在不同領(lǐng)域有效針對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化。

隨著納米材料科技的進(jìn)一步發(fā)展，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)通過(guò)將30納米的超細(xì)金屬鐵粉，均勻分散到陶瓷孔洞中，可以制造出吸波性能更好的多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷吸波材料，納米多孔陶瓷吸波材料在各方面都有著優(yōu)異的性能。

二、納米多孔陶瓷吸波材料性能分析

（一）電磁特性

納米多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷吸波材料主要是指，參雜不同程度納米鐵粉的聚碳硅烷裂解得到的SiCFe。通過(guò)測(cè)量制備出的多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷，吸波材料電阻率在先驅(qū)體聚碳硅烷內(nèi)，加入5%以下的納米鐵粉，就可以將其電阻率調(diào)節(jié)為0.1歐到1000歐/厘米范圍內(nèi)。這有效增加納米多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷吸波材料的應(yīng)用范圍。

（二）微波吸收特性

結(jié)構(gòu)型陶瓷微波吸收材料能夠有效抵抗輻射以及高速粒子流和電子流。一系列的研究都表明，通過(guò)特定的阻抗匹配設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒐琛⑻肌㈣F所組成的納米多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷微波吸收材料變成一種有著復(fù)合性能得新的電磁波等微波吸收材料。并且其在保持較好微波吸收特性的基礎(chǔ)上，有著輕質(zhì)、耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足不同情境的需求，尤其是在軍事應(yīng)用中，更是能夠滿足一些裝置的隱身要求，另外在高溫融化、高速熱氣流沖擊等惡劣環(huán)境影響下，這種材料同樣能夠保持其微波吸收特性。因此，在武器裝備和航天航空領(lǐng)域，有著極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

三、納米多孔陶瓷吸波材料的制備

對(duì)于納米多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷微波吸收材料的制備，在實(shí)驗(yàn)室中有著成熟的制備方案。首先在材料準(zhǔn)備上，該種材料主要是由聚碳硅烷與納米鐵粉組成。納米鐵粉得選擇有多種，一般選擇30納米尺寸的鐵粉。除了主要的聚碳硅烷與納米鐵粉以外，還需要準(zhǔn)備足量的二甲苯來(lái)作為反應(yīng)液體。

第一步，首先將一定量的聚碳硅烷溶解到二甲苯中，待溶解均勻后，逐漸向二甲苯加入一定量的納米鐵粉，在加入過(guò)程中需要利用攪拌和超聲分散使其與聚碳硅烷均勻的融合，攪拌分散時(shí)間至少八小時(shí)。

第二步，碳硅烷與納米鐵粉充分接觸融合后，將二甲苯中的懸浮液放置到加熱套中，在加熱條件下繼續(xù)進(jìn)行攪拌，緩慢去除其中的二甲苯溶劑，當(dāng)二甲苯溶劑總體去除后，就將其轉(zhuǎn)入到真空干燥箱中進(jìn)行進(jìn)一步的加熱除雜處理。這是為了更進(jìn)一步的去除二甲苯溶劑，以保證聚碳硅烷與納米鐵粉能夠真正的均勻混合。

第三步，到上述步驟，基本材料已經(jīng)準(zhǔn)備完畢，這時(shí)選擇30*35毫米的鋼模具來(lái)盛放經(jīng)過(guò)精細(xì)研磨的粉末。并利用壓力成型機(jī)在25兆帕狀態(tài)下使用冷工藝壓縮成型，使微粉被壓制成4×30×35mm的陶瓷素胚。陶瓷素胚是為進(jìn)一步的陶瓷燒制做準(zhǔn)備，到這一步驟，材料準(zhǔn)備基本完成。

最后一步將素胚放置到特定的管式爐中，調(diào)節(jié)至真空環(huán)境，并在純氮?dú)夥諊逻M(jìn)行分階段裂解，最終制成陶瓷燒成體。

最后一步則是將燒成的陶瓷燒成體進(jìn)行，性能檢驗(yàn)分別利用x射線衍射、掃描電鏡、電阻率測(cè)定、

電池參數(shù)測(cè)定、反射衰減測(cè)定來(lái)詳細(xì)的得出陶瓷燒成體的具體性能，通過(guò)篩選而確定最后的納米多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷微波吸收材料。

這種實(shí)驗(yàn)室的納米多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷微波吸收材料與一般的碳化硅陶瓷制備方法相比，工藝更為簡(jiǎn)單，成本更低，在整個(gè)制備過(guò)程中，只需要把握具體的反應(yīng)因素，就能夠有效的保證材料的產(chǎn)出，傳統(tǒng)碳化硅纖維材料制備是通過(guò)改變先驅(qū)體高分子的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)而合成新的新軀體，雖然能夠有效改變傳統(tǒng)碳化硅陶瓷的電磁吸收波性能，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于成本以及工藝復(fù)雜度影響，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。在未來(lái)對(duì)新型微波吸收材料進(jìn)行探索優(yōu)化還有著更重要的意義，不僅僅是推動(dòng)武器裝備進(jìn)行發(fā)展、航天航空進(jìn)行進(jìn)步，也是推動(dòng)國(guó)家綜合力量上升的關(guān)鍵因素。

四、結(jié)語(yǔ)

納米多孔結(jié)構(gòu)型陶瓷微波吸收材料與傳統(tǒng)的微波吸收材料相比，無(wú)論是制備工藝亦或是性能表現(xiàn)都有著其獨(dú)到的地方，通過(guò)對(duì)其實(shí)際性能進(jìn)行深入分析與實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)制備方法的了解，能夠深切的體會(huì)到新材料在新時(shí)期的重要意義。在未來(lái)要不斷的完善新材料的制備方法，提升企業(yè)材料性能進(jìn)而進(jìn)一步推動(dòng)高端武器裝備與航空航天技術(shù)的發(fā)展，綜合提升國(guó)家在國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)力水平。

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課題：邯鄲學(xué)院校級(jí)資助項(xiàng)目，題目：納米多孔陶瓷吸波材料的制備與性能研究，（編號(hào)：15204）；

邯鄲學(xué)院校級(jí)資助項(xiàng)目，（編號(hào)：14207）

作者簡(jiǎn)介：盧建敏（1984），女，漢族，河北邯鄲人， 碩士，講師，研究方向：納米磁性材料；鄭燕（1979），女，漢族，河北邯鄲人，碩士，副教授，研究方向：理論物理；楊靜（1986），女， 漢族，河北邯鄲人，碩士，講師，研究方向：電氣自動(dòng)化；史瑞民（1985），男， 漢族，河北邯鄲人，碩士，講師，研究方向：磁性材料。