專利名稱：一種高吸波效率的陶瓷基層狀材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種高吸波效率的陶瓷基層狀材料及制備方法，屬于功能 復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳納米管具有獨(dú)特而優(yōu)異的力學(xué)和物理性能(Popov VN， Mater Sci Eng R 2004, 43: 61-102; Lau KT, Hui D, Compos Part B Eng 2002, 33: 263-277)，因 而如何充分利用它的這些性能成了研究的熱點(diǎn)。制備碳納米管復(fù)合材料是切 實(shí)可行的方法之一。寧金威等曾報(bào)道了具有微波吸收功能的碳納米管/陶瓷復(fù) 合材料及制備方法(寧金威，張俊計(jì)，潘裕柏，黃莉萍，郭景坤，邱發(fā)貴， ZL: 03129563.0)。向長(zhǎng)淑等采用快速溶膠-凝膠法制備復(fù)合粉體，熱壓燒結(jié) 后制備的碳納米管/氧化硅塊體復(fù)合材料具有優(yōu)異的微波衰減性能(Xiang CS, Pan YB, Liu XJ, Sun XW， Shi XM, Guo JK, Appl Phys Lett 2005, 87(12): 123103)。其進(jìn)一步研究表明，復(fù)合材料的微波衰減性能隨著碳納米管含量的 增加而迅速增強(qiáng)。但是，碳納米管含量的增加會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料從絕緣體變成 導(dǎo)體，從而增強(qiáng)了復(fù)合材料表面對(duì)入射電磁波的反射，這對(duì)于吸波材料來(lái)說(shuō) 是很不利的。為了解決這一問(wèn)題，我們用傳輸線原理計(jì)算了成分不同的兩層 碳納米管/二氧化硅復(fù)合材料，結(jié)果表明這種層狀設(shè)計(jì)有望在提高吸波性能的 同時(shí)減少表面反射(Xiang CS, Yang J, Zhu Y, PanYB, Guo JK, J Inorg Mater 2007,22(1): 101-105)。國(guó)外的Motojima等人也報(bào)道了多層的聚亞胺酯基碳材
料比單層的復(fù)合材料具有更好的電磁波吸收性能以及更少的表面反射 (Motojima S, Noda Y, Hoshiya S， Hishikawa Y, J Appl Phys 2003, 94(4): 2325-2330)。因此，為了進(jìn)一步提高碳納米管/二氧化硅體系的吸波效率， 設(shè)計(jì)和制備碳納米管/二氧化硅梯度層狀材料是切實(shí)可行的。
另一方面，在吸波性能的測(cè)試中，通常選用金屬板作為全反射層。這使 我們想到連續(xù)碳纖維，當(dāng)其軸向與入射電磁波的電場(chǎng)方向平行時(shí)，對(duì)電磁波
具有良好的反射性能(WuJH, Chung DDL, Carbon 2002， 40: 445-467)。再加 上碳纖維和二氧化硅基體也具有很好的物理與化學(xué)相容性(Jia DC， Zhou Y， Lei TC，. J Eur Ceramics Soc 2003， 23: 801-808)，因而有望在碳納米管/二氧化 硅梯度層狀材料的基礎(chǔ)上增加連續(xù)碳纖維/二氧化硅反射層，并選擇合適的溫 度熱壓燒結(jié)一次成型。日本的Hiza等人曾報(bào)道了類似結(jié)構(gòu)的以有機(jī)物為基體 的多層吸波材料，層與層之間用厚度小于0.1mm的硅樹(shù)脂層連接(Hiza M, Yamizaki H, Sugihara K, So T， U.S. Patent, 4923736)。而目前還沒(méi)有這種獨(dú)特 結(jié)構(gòu)的陶瓷基吸波材料的報(bào)道。因此在不影響碳納米管本身性能的基礎(chǔ)上， 用梯度層狀設(shè)計(jì)減小表面反射，用連續(xù)碳纖維作為反射介質(zhì)進(jìn)一步增強(qiáng)吸收 效率，用熱壓燒結(jié)工藝一次成型，既避免了硅樹(shù)脂連接層的影響，又簡(jiǎn)化了 工藝，這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的陶瓷基吸波材料及制備方法具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高吸波效率的陶瓷基層狀材料及制備方法。 制備過(guò)程首先將連續(xù)碳纖維(Cf)浸漬到預(yù)先制好的陶瓷(Ceramics)漿料中進(jìn) 行掛漿，定向纏繞后自然干燥成型，然后裁剪成Q/Ceramics素坯并置于石墨 模具的底層；之后將不同碳納米管(CNTs)含量的CNTs/Ceramics粉體按順 序依次加入到石墨磨具中；在優(yōu)化的條件下熱壓燒結(jié)一次成型得到阻抗?jié)u變 的高吸波效率的層狀材料。
本發(fā)明提供的一種高吸波效率的陶瓷基層狀材料的制備方法，其特征在于 具體步驟是(詳見(jiàn)圖1):
(a)將陶瓷(Ceramics)粉體與l-12wt。/。的粘結(jié)劑聚乙烯醇(PVA)水 溶液以及去離子水或無(wú)水乙醇按質(zhì)量比為2:1:5—10:1:2球磨混合12-36h制備 Ceramics槳料；對(duì)非氧化物陶瓷粉體必須采用無(wú)水乙醇取代去離子水，以免 引入氧離子，降低吸波性能。(b) 將連續(xù)碳纖維(Cf)浸漬到步驟(a)制備的Ceramics漿料中進(jìn)行掛 漿，定向纏繞后讓其自然干燥成型，接著裁剪成一定尺寸的Q/Ceramics素坯， 然后將素坯按纖維方向的不同進(jìn)行排列疊加，并置于石墨模具的底層，層內(nèi) Cf的含量為l-80wt%;纖維方向?yàn)榇笥?。到等于90°之間。
(c) 制備不同含量的碳納米管與陶瓷基材料作為吸波層將球磨12-36 小時(shí)并過(guò)篩的不同碳納米管(CNTs)含量的CNTs/Ceramics粉體按含量從高 到低順序依次加入到步驟(b)準(zhǔn)備好的石墨模具中；碳納米管的質(zhì)量百分含 量大于0而小于等于45%;當(dāng)碳納米管含量為0時(shí)，則為透波陶瓷層。
(d) 在20-30Mpa的壓力和惰性氣體的保護(hù)氣氛下，于1300—180(TC熱 壓燒結(jié)10-60min —次成型得到阻抗?jié)u變的陶瓷基層狀吸波材料。
所述的陶瓷基層狀材料的一端為透波層，另一端為反射層，中間是至少 一層的吸波層；所述的透波層為陶瓷層；反射層為碳纖維復(fù)合的陶瓷層，或 為碳纖維復(fù)合的陶瓷層與通過(guò)不同排列方式的碳纖維復(fù)合的陶瓷層的疊加 層；其中碳纖維的質(zhì)量百分含量1%_80%，中間梯度吸波層是質(zhì)量百分含 量為XX的碳納米管與陶瓷層的復(fù)合材料，碳納米管的質(zhì)量百分含量從與透 波層相鄰的吸波層到鄰近反射層依次呈梯度漸變?cè)黾樱? < X《45。
所述的陶瓷層為氧化物或非氧化物，氧化物為Si02、 A1203、 Zr02或莫來(lái) 石中一種；非氧化物為Si3Ht或SiC。
需強(qiáng)調(diào)的是透波層，反射層以及吸波層的陶瓷基必須取同一種陶瓷材料。 不同的陶瓷材料往往因膨脹系數(shù)差異而開(kāi)裂。當(dāng)然，如膨脹系數(shù)相接近也是 有可能的。
本發(fā)明提供的一種高吸波效率的陶瓷基層狀材料和制備方法的特點(diǎn)是
(1) 不需要對(duì)原始CNTs進(jìn)行酸化、氧化等預(yù)處理，因而對(duì)CNTs本身的 性能影響很小。
(2) CNTs/Ceramics梯度層加上CVCeramics反射層，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不但 可以用阻抗?jié)u變的梯度層狀設(shè)計(jì)減小表面反射，而且可以用 Q/Ceramics層的反射作用進(jìn)一步增強(qiáng)吸收效率。 (3) Q/Cemmics反射區(qū)通過(guò)不同排列方式的Cf層疊加，可以消除各向異 性并進(jìn)一步提升材料的整體力學(xué)性能。所述不同排列方式指Cf的取 向不同，可以在0—90。間任取排列方式，但通常反射層為兩層，且 Cf相互垂直。(例4)
(4) 整個(gè)多層材料可以一次熱壓成型，工藝簡(jiǎn)單，成本低。
(5) 從理論上說(shuō)，中間呈梯度漸變吸波層的層數(shù)可以是無(wú)限止的，但考慮 到工藝上的可行性，層數(shù)不擬太多， 一般2 —IO層為宜，且所述的層 狀材料厚度控制在0.5mm—50mm之間。
圖1本發(fā)明提供的以二氧化硅為例的高吸波效率層狀材料的制備工藝 流程圖
圖2以二氧化硅為例的高吸波效率陶瓷基層狀材料的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3四層高吸波效率的石英基復(fù)合材料的光學(xué)顯微照片 圖4四層高吸波效率的石英基復(fù)合材料的吸波原理示意圖 圖5七層高吸波效率的石英基復(fù)合材料的插入損耗 圖6七層高吸波效率的石英基復(fù)合材料的回波損耗
具體實(shí)施例方式
用下列非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施方式及效果 實(shí)施例l
本實(shí)施例制備的是四層石英基吸波材料，中間吸波層X(jué)=2.5和5。 在600mL的球磨罐中將50g 二氧化硅(Si02)粉、20mL 8.5wt。/。的聚乙烯 醇(PVA)水溶液和50mL去離子水(H20)混合，通過(guò)200g瑪瑙球的球磨作 用，24h后獲得Si02漿料。接著將連續(xù)碳纖維(Cf)浸漬到Si02漿料中進(jìn)行掛 漿，定向纏繞后讓其自然干燥成型，然后裁剪成的3(^35mn^的Cf/Si02素坯， 并置于石墨模具的底層。同時(shí)，在另外的球磨罐中將一定含量的碳納米管 (CNTs， X=0， 2.5禾卩5克)和Si02 (100-X克)以及70mL無(wú)水乙醇(EtOH)
混合，通過(guò)300g瑪瑙球介質(zhì)球磨24h。之后在100。C干燥2h，過(guò)200目篩后 得到了 CNTs含量為0， 2.5和5\￥1%的CNTs/Si02粉體(X=0對(duì)應(yīng)于純Si02 粉體)。最后將制備的CNTs/Si02粉體按CNT含量從高到低依次加入到以上 準(zhǔn)備好的石墨模具中，在30Mpa的壓力和純氮?dú)?N2)的保護(hù)氣氛下，1300°C 熱壓燒結(jié)30min—次成型得到四層石英基吸波材料(具體流程如圖1所示)。
依本實(shí)施例所述組成的四層石英基吸波材料是由Si02透波層，質(zhì)量百分 數(shù)為5%的碳納米管與95XSi02組成的吸波層，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10。％的碳納米 管與90XSiO2組成的吸波層以及碳纖維復(fù)合的Si02反射層組成。
圖3為本實(shí)施例制備的四層高吸波效率的石英基復(fù)合材料的光學(xué)顯微照 片。從圖3左側(cè)的長(zhǎng)條可以看到形貌區(qū)別較為明顯的五個(gè)區(qū)域，右側(cè)的(a)、 (b)、 (c)、 (d)四個(gè)圖則分別代表了 Q/Si02反射層、5wt%CNTs/Si02吸波 層、2.5wt。/。CNTs/Si02吸波層和Si02透波層的典型形貌，而左側(cè)長(zhǎng)條的(e) 區(qū)是一個(gè)過(guò)渡區(qū)，其形成原因還有待進(jìn)一步研究。從圖3 (a)中，還能看到 許多與熱壓方向垂直的Cf (圖中黑色箭頭所示)。
圖4為本實(shí)施例制備的四層復(fù)合材料的吸波原理示意圖。對(duì)于入射的電 磁波(其功率為尸,)，它很容易通過(guò)Si02透波層，到達(dá)2.5wt。/。CNTs/Si02吸 波層界面上。此時(shí)除了少數(shù)電磁波被反射再次進(jìn)入透波層外，絕大多數(shù)電磁 波進(jìn)入到吸波層被衰減與吸收。當(dāng)電磁波到達(dá)2.5wt%CNTs/Si02吸波層與 5wt%CNTs/Si02吸波層界面處時(shí)，大部分的電磁波繼續(xù)進(jìn)入到 5wt%CNTs/Si02吸波層被衰減與吸收，即使在界面處反射的電磁波也將在 2.5wt。/。CNTs/Si02吸波層再次被衰減與吸收。被5wt°/oCNTs/Si02吸波層衰減 與吸收后的電磁波將達(dá)到Q/Si02反射層。此時(shí)由于連續(xù)碳纖維的軸向與入射 電磁波的電場(chǎng)方向平行，它對(duì)電磁波具有良好的反射性能，所以幾乎所有的 電磁波又被反射回吸波層再次被衰減與吸收。在吸波性能的測(cè)試中，與入射 電磁波同側(cè)可以得到回波功率(&)，另一側(cè)就可以得到透射波功率(i^)。 由上面的分析可知，這種四層石英基吸波材料尸w與Pr都較小，吸波效率會(huì) 得到提高。
實(shí)施例2
本實(shí)施例制備的是四層氧化鋁基吸波材料，中間吸波層X(jué)二5和10。 在600mL的球磨罐中將50g氧化硅(八1203)粉、20mL 8.5wt。/。的聚乙烯醇 (PVA)水溶液和50mL去離子水(H20)混合，通過(guò)200g瑪瑙球的球磨作用， 24h后獲得A1203漿料。接著將連續(xù)碳纖維(Cf)浸漬到A1203漿料中進(jìn)行掛漿， 定向纏繞后讓其自然干燥成型，然后裁剪成的3(^35mt^的Cf/Al203素坯， 并置于石墨模具的底層。同時(shí)，在另外的球磨罐中將一定含量的碳納米管 (CNTs， X=0， 5禾卩10克)禾口 A1203 (IOO-X克)以及70mL無(wú)水乙醇(EtOH) 混合，通過(guò)300g瑪瑙球介質(zhì)球磨24h。之后在100。C干燥2h，過(guò)200目篩后 得到了 CNTs含量為0， 5和10wt。/。的CNTs/Al203粉體(X=0對(duì)應(yīng)于純A1203 粉體)。最后將制備的CNTs/Al203粉體按CNTs含量從高到低依次加入到以 上準(zhǔn)備好的石墨模具中，在30Mpa的壓力和純氮?dú)?N2)的保護(hù)氣氛下， 1400°C熱壓燒結(jié)30min —次成型得到四層氧化鋁基吸波材料。
依本實(shí)施例所述的四層八1203基吸波材料是由Al203透波層、質(zhì)量百分
數(shù)為0.5。^的碳納米管與95。％的Al203復(fù)合組成的吸波層，質(zhì)量百分含量為 10%的碳納米管與90%Al2O3復(fù)合組成的吸波層以及碳纖維復(fù)合的八1203反 射層組成。
本實(shí)施例是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上增加吸波層數(shù)與碳納米管含量，制備了 六層石英基吸波材料，中間吸波層X(jué)二2.5、 7.5、 15和22.5。
在600mL的球磨罐中將50g 二氧化硅(Si02)粉、20mL 8.5wt。/。的聚乙烯 醇(PVA)水溶液和50mL去離子水(H20)混合，通過(guò)200g瑪瑙球的球磨作 用，24h后獲得Si02漿料。接著將連續(xù)碳纖維(Cf)浸漬到Si02漿料中進(jìn)行掛 漿，定向纏繞后讓其自然干燥成型，然后裁剪成的3()*35mm4々Q/Si02素坯， 并置于石墨模具的底層。同時(shí)，在另外的球磨罐中將一定含量的碳納米管
(CNTs， X=0， 2.5， 7.5， 15禾Q22.5克)和Si02 (100-X克)以及70mL無(wú) 水乙醇(EtOH)混合，通過(guò)300g瑪瑙球介質(zhì)球磨24h。之后在10(TC干燥2h， 過(guò)200目篩后得到了 CNTs含量為0， 2.5， 7.5， 15和22.5wt。/。的CNTs/Si02 粉體(X-0對(duì)應(yīng)于純SiO2粉體)。最后將制備的CNTs/Si02粉體按CNT含量 從高到低依次加入到以上準(zhǔn)備好的石墨模具中，在30Mpa的壓力和純氮?dú)?br>
(N2)的保護(hù)氣氛下，1300。C熱壓燒結(jié)30min—次成型得到六層石英基吸波 材料。
依本實(shí)施例所述的六層石英基吸波材料是由Si02透波層，質(zhì)量百分含量 為2.5%的碳納米管與97.5XSi02組成的吸波層、質(zhì)量百分含量為7.5%的碳 納米管與92.5XSi02組成的吸波層、質(zhì)量百分含量為15%的碳納米管與85 XSi02組成的吸波層、質(zhì)量百分含量為22.5%的碳納米管與77.5^Si02組成 的吸波層以及碳纖維復(fù)合的Si02反射層組成。 實(shí)施例4
本實(shí)施例是在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上增加一個(gè)Q/Si02反射層，這個(gè)反射層中 的Cf方向與前一個(gè)反射層中的互相垂直，從而制備了七層石英基吸波材料, 中間梯度吸波層X(jué)二5、 10、 20和45。
在600mL的球磨罐中將50g 二氧化硅(Si02)粉、20mL 8.5wt。/。的聚乙烯 醇(PVA)水溶液和50mL去離子水(H20)混合，通過(guò)200g瑪瑙球的球磨作 用，24h后獲得Si02漿料。接著將連續(xù)碳纖維(Cf)浸漬到Si02漿料中進(jìn)行掛 漿，定向纏繞后讓其自然干燥成型，然后裁剪成Cf方向相互垂直的30*35mm2 的兩個(gè)Q/Si02素坯，并置于石墨模具的底層。同時(shí)，在另外的球磨罐中將一 定含量的碳納米管(CNTs， X=0、 5、 10、 20、 45克)和Si02 (100-X克) 以及70mL無(wú)水乙醇(EtOH)混合，通過(guò)300g瑪瑙球介質(zhì)球磨24h。之后在 100。C干燥2h，過(guò)200目篩后得到了 CNTs含量為0， 5， 10， 20， 45wt。/o的 CNTs/Si02粉體(X=0對(duì)應(yīng)于純Si02粉體)。最后將制備的CNTs/Si02粉體按 CNT含量從高到低依次加入到以上準(zhǔn)備好的石墨模具中，在30Mpa的壓力 和純氮?dú)?N2)的保護(hù)氣氛下，1300。C熱壓燒結(jié)30min—次成型得到七層石 英基吸波材料。依本實(shí)施例所述的七層石英基吸波材料依次由Si02透波層、反射層為兩 層，第一層是碳纖維復(fù)合的Si02和第二層碳纖維排列與第一層碳纖維排列呈 90° ，組分與第一層相同，吸波層從臨近透波層起依次為質(zhì)量百分含量為5
%的碳納米管與95XSi02組成的吸波層、質(zhì)量百分含量為10%的碳納米管 與90XSiO2組成的吸波層、質(zhì)量百分含量為20%的碳納米管與80XSiO2組 成的吸波層、質(zhì)量百分含量為45%的碳納米管與55XSi02組成。
圖5為本實(shí)施例制備的七層石英基吸波材料的插入損耗。插入損耗 (Insertion Loss， IL)的定義為
IL:101Og(/V尸/),
式中，尸r為透射波功率，尸/為入射波功率，IL的單位用分貝(dB)表示。 從上式可以看出，IL值越小，貝ljiVA值越小，材料的電磁波衰減性能越好。 從圖5可以看出，復(fù)合材料在8-12GHz的范圍內(nèi)，其IL值都小于-39dB，說(shuō) 明材料具有很好的電磁波衰減性能。
圖6為本實(shí)施例制備的七層石英基吸波材料的回波損耗。回波損耗 (Return Loss， R)的定義為
R=10 》，
式中，尸w為回波功率，A為入射波功率，R的單位也用分貝(dB)表示。 從上式可以看出，R值越小，則/V尸/值越小，材料表面的回波越少，對(duì)吸波 越有利。圖6 (a)和6 (b)分別代表電磁波從Q/Si02反射面和純Si02透波 面入射時(shí)的回波損耗?？梢钥闯觯瑥?fù)合材料在8-12GHz的范圍內(nèi)，其b曲線 的值都小于a曲線的值，說(shuō)明電磁波從純Si02透波面入射時(shí)的回波損耗小， 而從Q/Si02反射面入射時(shí)的回波損耗大。以上這些說(shuō)明表面透波層、中間漸 變吸收層和后面Cf方向互相垂直的Q/Si02反射層的多層吸波材料，可以在 減小表面反射的同時(shí)提高吸波效率，是一種很有前途的吸波材料。 實(shí)施例5
本實(shí)施例使用的陶瓷基體為SigN4或SiC，制成漿料時(shí)用無(wú)水乙醇取代去 離子水，最后在1600 — 1800。C惰性氣氛下一次熱壓成型，兩層反射層中第二 層的Cf排列取向?yàn)榇笥贠。，小于90°之間任一取向。其余同實(shí)施例4。
權(quán)利要求
1、一種高吸波效率的陶瓷基層狀材料，其特征在于所述的陶瓷基層狀材料的一端為透波層，另一端為反射層，中間是至少一層的吸波層；所述的透波層為陶瓷層；反射層為碳纖維復(fù)合的陶瓷層，或?yàn)樘祭w維復(fù)合的陶瓷層與通過(guò)不同排列方式的碳纖維復(fù)合的陶瓷層的疊加層；其中碳纖維的質(zhì)量百分含量1％-80％，中間梯度吸波層是質(zhì)量百分含量為X％的碳納米管與陶瓷層的復(fù)合材料，碳納米管的質(zhì)量百分含量從與透波層相鄰的吸波層到鄰近反射層依次呈梯度漸變?cè)黾?；?＜X≤45；所述的陶瓷層為氧化物或非氧化物，氧化物為SiO2、Al2O3、ZrO2或莫來(lái)石中一種；非氧化物為Si3N4或SiC。
2、 按權(quán)利要求1所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料，其特征在于碳納 米管的質(zhì)量百分含量X為0 < X《22.5。
3、 按權(quán)利要求1所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料，其特征在于所述 的陶瓷基層狀材料是由Si02透波層，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%的碳納米管與95。％ Si02組成的吸波層，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的碳納米管與90XSiO2組成的吸波層以及碳纖維復(fù)合的Si02反射層組成四層石英基吸波材料。
4、 按權(quán)利要求1所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料，其特征在于所述 的陶瓷基層材料中是由Ab03透波層、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%的碳納米管與95% 的Al203復(fù)合組成的吸波層，質(zhì)量百分含量為10%的碳納米管與90%Al2O3復(fù)合組成的吸波層以及碳纖維復(fù)合的八1203反射層，組成四層Al203基吸波材料。
5、 按權(quán)利要求1所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料，其特征在于所述 的陶瓷基層狀材料依次是由Si02透波層，質(zhì)量百分含量為2.5%的碳納米管 與97.5^Si02組成的吸波層、質(zhì)量百分含量為7.5%的碳納米管與92.5%Si02 組成的吸波層、質(zhì)量百分含量為15X的碳納米管與85Q/^Si02組成的吸波層、 質(zhì)量百分含量為22.5%的碳納米管與77.5^Si02組成的吸波層以及碳纖維復(fù) 合的Si02反射層，組成六層石英基吸波材料。
6、 按權(quán)利要求1所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料，其特征在于所述 的陶瓷基七層層狀材料是由Si02透波層、反射層為兩層，第一層是碳纖維復(fù)合的Si02和第二層碳纖維排列與第一層碳纖維排列呈90° ，組分與第一層 相同；吸波層則是從臨近透波層起依次為質(zhì)量百分含量為5%的碳納米管與 95XSi02組成的吸波層、質(zhì)量百分含量為10%的碳納米管與90XSiO2組成 的吸波層、質(zhì)量百分含量為20%的碳納米管與80XSiO2組成的吸波層、質(zhì) 量百分含量為45%的碳納米管與55XSi02組成的吸波層。
7、 按權(quán)利要求1一6中任一項(xiàng)所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料，其 特征在于所述的層狀材料厚度為0.5 — 50mm;層數(shù)為2—10層。
8、 按權(quán)利要求1一6中任一項(xiàng)所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料，其 特征在于透波層、反射層以及中間梯度漸變的吸收層中的陶瓷層為同一種陶 瓷材料。
9、 制備由權(quán)利要求l一6種任一項(xiàng)所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料 的方法，其特征在于制備步驟是(a) 將陶瓷粉體與質(zhì)量百分含量為1-12%的粘結(jié)劑聚乙烯醇水溶液以及去 離子水或無(wú)水乙醇，按質(zhì)量比為2:1:5—10:1:2球磨混合12-36h制備陶 瓷基漿料；(b) 將連續(xù)碳纖維浸漬到步驟(a)制備的陶瓷漿料中進(jìn)行掛漿，定向纏繞 后自然干燥成型，接著裁剪成Q/陶瓷素坯，然后將素坯按纖維方向的 不同進(jìn)行排列疊加，并置于石墨模具的底層，作為反射層；(c) 制備不同含量的碳納米管與陶瓷基材料作為吸波層將球磨12-36小 時(shí)并過(guò)篩的不同碳納米管含量的CNTs/陶瓷粉體按含量從高到低順序 依次加入到步驟(b)準(zhǔn)備好的石墨模具中；碳納米管含量為0時(shí)則為 透波陶瓷層；(d) 在20-30Mpa的壓力和惰性氣體保護(hù)氣氛下，于1300—180(TC熱壓燒 結(jié)10-60min —次成型得到阻抗?jié)u變的陶瓷基層狀吸波材料； 所述的陶瓷粉體為氧化物或非氧化物粉體，氧化物粉體為Si02、 A1203、Zr02或莫來(lái)石中的任一種；非氧化物粉體為SisN4或SiC。
10、按權(quán)利要求9所述的高吸波效率的陶瓷基層狀材料的制備方法，其 特征在于在步驟(b)中所述纖維方向的不同進(jìn)行排列疊加中的纖維方向?yàn)榇?于0°到等于90°之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高吸效率的陶瓷基層狀材料及制備方法，其特征在于所述的陶瓷基層狀材料的一端為透波層，另一端為反射層，中間是至少一層的吸波層；其制備過(guò)程為首先制備陶瓷漿料，接著將連續(xù)碳纖維(C<sub>f</sub>)浸漬到漿料中進(jìn)行掛漿，制成一定尺寸的C<sub>p</sub>-陶瓷素坯，并置于石墨模具的底層；之后加入碳納米管(CNTs)/陶瓷粉體，熱壓燒結(jié)得到阻抗?jié)u變的層狀材料。本方法對(duì)CNTs本身的性能影響很小；C<sub>f</sub>的不同方向排列方式可以消除各向異性并進(jìn)一步提升材料的整體力學(xué)性能；整個(gè)多層材料一次熱壓成型，具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B32B18/00GK101186130SQ200710171918
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者向長(zhǎng)淑, 寇華敏, 勇 朱, 潘裕柏, 郭景坤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所