樹脂基陶瓷吸波材料專利技術分析

閆海超

摘要：樹脂基陶瓷吸波材料作為抵御或減少電磁輻射的材料，已成為當今科學研究領域的一個熱點，本文通過對樹脂基陶瓷吸波材料的專利申請進行分析發現，相關的專利申請主要涉及將吸波劑與樹脂基體進行混合制備吸波材料，以及對于結構造型的改進以增強吸收電磁波、微波的能力。

關鍵詞：樹脂基陶瓷吸波;專利;技術分析

一、吸波材料的整體發展概況

自從人類發明電磁波以來，其在各個領域均有廣泛的應用，如通信領域、道路的導航、無線電視信號的傳播，以及家電如電磁爐、微波爐，包括在軍事方面如信息戰、電磁武器等，然而電磁波在給人類帶來諸多便利的同時，也給人類帶來了很多的困擾，如電磁波的使用會導致人體健康的損害，對設備如醫療設備、電話等也會造成影響。由此，為了消除電磁波對于設備、環境、人體以及其他生命體的影響，吸波材料應運而生。吸波材料是指能夠吸收投射到材料表面的電磁波信號，并通過材料內部的介質損耗將電磁波轉化為熱能或其他形式的能量耗散的材料。

吸波材料按其成型工藝和承載能力可分為兩種類型：結構型吸波材料和涂覆型吸波材料。涂覆型吸波材料通常的制備工藝是將吸波劑加入基體中，當電磁波投射到材料表面上時，吸波材料會將電磁波吸收掉，從而減少被保護部件對電磁波的反射。結構型吸波材料相比涂覆型吸波材料，具有更高的吸收效率、更寬的吸波頻帶以及更好的力學性能，同時具有良好的可設計性。通常對于吸波材料，其吸波性能由基體以及吸波劑共同作用而成，以樹脂為基體陶瓷為吸波體的吸波材料是一個重要的技術分支。

樹脂型膠粘劑主要有：聚酯、聚氨酯、酚醛樹脂和環氧樹脂等，上述膠黏劑具有較好的粘結力，其能夠將材料粘結在一起從而成型得到具有一定的物理機械性能、耐介質性能、低溫固化性能、保光保色性能和耐候性能，同時上述材料通常具有一定的韌性、剛性，根據應用領域的不同結合性能的需要（如粘度、硬度）可以選擇不同的樹脂基體從而獲得滿足使用需求的吸波材料。

陶瓷類吸波材料目前國內外研制開發的主要有碳化硅、氮化硅、氧化鋁、硼硅酸鋁材料或纖維等，特別是碳化硅纖維或材料。

二、專利技術分析

為了更好地了解樹脂基陶瓷吸波材料相關技術專利申請情況，本文作者選擇中文庫中國專利文摘數據庫（cNABs），外文庫德溫特世界專利索引（DWPI）數據庫。通過計量排序、可視化聚類、引證統計等分析方法，揭示了樹脂基陶瓷吸波材料的發展現狀和趨勢，檢索時間截止到2017年7月1日。

（一）全球專利申請量趨勢分析

1974年，日本出現了第一份有關利用陶瓷作為吸波劑、樹脂作為基底的專利申請JPS4911120A，并揭示了其在陶瓷材料作為吸波劑在吸波領域中的應用，自此宣告了該項技術的從無到有。隨后幾年日本、美國、歐洲等就陶瓷材料在吸波領域的應用進行一些系列申請，而中國自1993年才在該領域有了第一份專利申請CNl075972A，且在2000年之前只有3份相關申請。在1996年之后該領域的申請量呈現增長的態勢，直至2006--2013年間年申請量趨于穩定，并維持在一個較高的水平，說明該項技術進入了一個平穩的發展期。值得注意的是，申請日為2015-2016年的專利申請量與平穩發展期相比呈現一定的上升趨勢，說明該領域在近些年來的研究又有了升溫的趨勢。

（二）國內外專利申請量趨勢對比

國外的專利申請從1974年開始，逐漸步入快速發展期，直到2004年年申請量達到頂峰，并在之后的幾年一直維持在年申請量10-15件的水平上，說明發展進入了平穩期，2014年開始，國外在該領域的研究呈現減退的趨勢，這與他們開始著力在碳系、導電高分子等材料作為吸波劑的研究有關。與國外技術的發展所不同的是，中國直到1993年才出現了該領域的專利申請，而且每年的申請量并不大，可見我國在樹脂基陶瓷吸波材料領域的研究與國外相比起步較晚，但是自2004年開始，我國的專利呈現直線上升趨勢，說明我國在該領域也有了較大的投入。

（三）樹脂基陶瓷吸波劑分析

陶瓷基吸波材料的吸波劑研究主要有碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、鈦酸鋇、粘土、陶瓷粉等種類，一般可根據吸波材料的應用條件和吸波性能的要求，選擇不同的吸波劑。

在樹脂基陶瓷吸波材料領域中，吸波劑的研究熱點主要在氮化硅上，其占比達到28.9%，這是因為相對其他氧化物陶瓷基體，氮化硅化學性質穩定性高，高溫穩定性好，可確保吸波材料性能在高溫下的溫度性，是較為理想的高溫吸波材料。且將碳化硅做成特定結構，諸如泡沫型碳化硅，還具有相互貫通的網狀空間結構，磁場可以在陶瓷骨架表面產生電流，電流轉變為熱或電阻損失，該泡沫碳化硅陶瓷具有像人造磁鐵一樣吸收、利用電磁波的性能，對電磁波、微波輻射具有明顯的反射、散射及干涉，具有良好的吸收特性。如CN101174720A專利申請中，申請人利用10-40%的碳化硅纖維和60-90%樹脂的樹脂制備的共振和反共振電磁復合材料具有較好的微波吸收性能。其次，是陶瓷粉的研究占比23.2%，然后依次是鈦酸鋇、粘土、氧化鋁、氮化鋁等。

陶瓷基樹脂吸波材料中三種重要的吸波劑SiC、陶瓷粉、鈦酸鋇的專利申請量趨勢類似，其中SiC和陶瓷粉一直是研究的熱點，在2013-2016年間的專利申請量保持在9-10件，而陶瓷粉的申請量也保持在2-7件之間。

（四）樹脂基陶瓷吸波材料樹脂基質分析

將陶瓷類吸波劑做成一定的形狀或者涂覆在基體上達到吸波的目的，需要用到具有粘合性能的基質作為載體，最常用的樹脂類基體主要包括以下幾種：環氧樹脂類、聚氨酯類、丙烯酸類、酚醛樹脂類、聚乙烯類等。在指明了需要具體樹脂作為吸波劑的基質的專利申請中，環氧樹脂的使用頻率最高達到32.4%，主要是由于環氧樹脂的加工性能和金屬或對非金屬表面的粘接強度較好，且加工成型后的硬度高，柔韌性較好，粘附成型性能相對其他樹脂而言也是更優異的。其次應用較多的樹脂是聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂等，也有一部分專利申請中使用其他種類的，如ABS樹脂、醇酸樹脂、己內胺樹脂等，但相關的專利申請相對而言還是偏少。

（五）樹脂基陶瓷吸波材料應用領域分析

吸波材料的應用領域包括軍用領域，如主要涉及武器裝備，為消除武器裝備的暴露癥候，實現其隱身性能;民用領域主要涉及對人體有傷害的電磁波、微波等輻射的吸收，具體涉及手機輻射、電器微波輻射等，以及抑制電子器件之間的電磁干擾。還有一部分專利申請主要基于理論研究實現電磁波的屏蔽以及電磁波的吸收。

樹脂基陶瓷吸波材料的應用領域主要集中在民用領域，其占比達到36.2%，該應用領域的申請人較多，很多企業和高校均有涉及。而軍用領域的申請人主要為一些高校和一些大型企業和研究所，申請量占比19%。未指明具體的應用領域，只是制備出一種吸收性能較好的吸波材料申請量較大，達到28.9%。還有一部分專利申請的吸波材料既可以應用在軍用領域也可以應用在民用領域。

民用領域中，臨沂中瑞防輻射科技有限公司申請的專利CN205368865U，公開了一種電磁屏蔽防輻射布，該防輻射布包括基底層、吸波層和金屬離子膜層;吸波層位于基底層上方，金屬離子膜層設于吸波層的上方，基底層的下方還設有透明耐磨層，金屬離子膜層的上方還設有復合納米抗菌層，吸波層為聚氨酯、納米碳化硅、玄武巖纖維，按照1：0.2：0.05的比例混合制成的涂料，涂料厚度為0.05-0.2mm。該電磁屏蔽防輻射布在金屬離子膜層和吸波層雙重作用下，屏蔽效能高，在10MHz-40GHz范圍內擁有較高的屏蔽效能，屏蔽效能可以達到80dB以上，同時由于該布還設有透明耐磨層和復合納米抗菌層，其耐磨性好，抗菌效果好，安全系數更高，該電磁屏蔽布廣泛應用在計算機、微波、防靜電、防爆等專業人員勞動保護服裝、孕婦服裝，可以避免電磁波對人體造成傷害，對人體進行有效的保護。

在軍用領域，如中物功能材料研究院有限公司申請的專利CNl05643997A，公開了一種具有雷達隱身功能的方艙及其制備方法中，公開了利用將纖維增強樹脂基材料和吸波材料碳化硅復合纖維制備成片材，再將片材制備成蜂窩芯，然后再將吸波材料中與其他板材進行加壓定型得到具有雷達隱身功能的方艙大板，可以有效降低其雷達散射截面積，提高武器裝備的隱身性能，減少裝備被發現、被識別的概率，增強武器裝備的生存能力。

理論研究領域，如上海硅酸鹽研究所的專利申請CNl793039A公開了一種碳化硅一碳微波吸收復合材料及其制備方法，利用SiC為吸波劑再加入酚醛樹脂作為粘結劑，烘干后研磨，最后在Ar保護下進行燒結后，獲得復合粉料，22.86×10.16×12mm³的該吸波材料在x波段內的采用波導法測定的最大微波衰減值達到-40db（分貝），該復合吸波陶瓷材料在微波使用領域最為廣泛的x波段（8-12GHz）內具有良好吸波性能。

三、結語

樹脂基陶瓷吸波材料作為抵御或減少電磁輻射的材料，已成為當今科學研究領域的一個熱點，樹脂基陶瓷吸波材料的專利申請主要涉及將吸波劑與樹脂基體進行混合制備吸波材料，以及對于結構造型的改進以增強吸收電磁波、微波的能力。