專利名稱：一種C/SiO₂/SiC吸波復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種吸波材料及其制備方法，具體涉及一種以炭素材料為基體的吸波復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電子代技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品數(shù)量的急劇增加，由此產(chǎn)生的各種電磁波輻射，對(duì)環(huán)境造成極大的影響。電子產(chǎn)品向外泄露、發(fā)射電磁波，形成了電磁波公害、成為嚴(yán)重的環(huán)境污染。電磁波吸收材料能使電磁波能轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能，從而有效的降低、減少電磁污染。吸波材料在電視廣播、微波暗室、電子設(shè)備器件、精密儀器等電磁屏蔽方面有廣泛的用途；在衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，配置電磁波吸收體能防止和抑制雜波干擾、輻射，并能夠?qū)Σㄐ握?；在微波集成放大器中?yīng)用可消除內(nèi)部噪聲干擾、改善幅頻特性、提高放大器增益。吸波材料對(duì)于軍事電子對(duì)抗、隱身武器等軍事高科技術(shù)的發(fā)展也具有十分重要的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)吸波材料提出了吸收率高、 吸收頻帶寬、質(zhì)量輕、厚度薄等方面的要求。傳統(tǒng)吸波材料有鐵氧體、金屬微粉、鈦酸鋇等，通常存在吸收頻帶窄、密度大等缺點(diǎn)；新型吸波材料有納米材料、金屬纖維、“手性”材料、導(dǎo)電聚合物及電路模擬吸波材料等，成本高、制備工藝復(fù)雜，應(yīng)用性差。研究開(kāi)發(fā)新型高性能吸波材料和先進(jìn)的制備技術(shù)，對(duì)于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料及其方法。通過(guò)調(diào)節(jié)原材料的配比，可使制備的吸波復(fù)合材料在特定微波頻段內(nèi)如x波段(8 12GHz)、Ku波段(12 18GHz)，其反射損耗均低于_5dB，最大反射損耗為-12 _38dB，具有高介電損耗性能穩(wěn)定、厚度相對(duì)較薄、以及面密度低等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料，該復(fù)合材料通過(guò)以下原料和方法制備得到(1)將硅烷試劑與基體炭按照質(zhì)量比為硅烷試劑基體炭=0. 1-0. 5 1的比例在20°C _25°C的條件下進(jìn)行表面吸附處理，然后在管式反應(yīng)器中進(jìn)行60°C 160°C固化處理，得到固化復(fù)合體；其中，所述硅烷試劑為正硅酸乙酯(TE0Q或Y-氨丙基三乙氧基硅烷 (KH550)，所述基體炭為活性炭、浙青炭或樹(shù)脂炭；(2)將上述固化復(fù)合體進(jìn)行機(jī)械破碎經(jīng)過(guò)篩分后為200 300目粉體；(3)將上述粉體在裝入管式反應(yīng)器中，然后將管式反應(yīng)器放入回轉(zhuǎn)管式爐中，在墮性氣體保護(hù)下進(jìn)行炭化處理；所述炭化處理采用程序升溫，升溫過(guò)程為以rc /min 50C /min的速率升到800-1000°C保溫l_2h，然后以15°C /min 20°C /min的升溫速率升到 1200 1400°C保溫 2-4h ；步驟⑴和(3)中，所述管式反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)置2 4條Imm IOOmm寬的螺旋片，螺旋片與反應(yīng)器的中軸線保持20° 60°傾斜角；且管式反應(yīng)器內(nèi)壁規(guī)則布置有2mm 5mm高度的錐形刀口。上述復(fù)合材料的體積密度為1. 2 3. Og/cm3,電阻率為IX 10_2 IX IO3Ω · πιΩ · m。一種C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的制備方法，包括如下具體步驟(1)將硅烷試劑與基體炭按照質(zhì)量比為硅烷試劑基體炭=0. 1-0. 5 1的比例在20°C _25°C的條件下進(jìn)行表面吸附處理，然后在管式反應(yīng)器中進(jìn)行60°C 160°C固化處理，得到固化復(fù)合體；(2)將上述固化復(fù)合體進(jìn)行機(jī)械破碎得到粉體；(3)將上述粉體在裝入管式反應(yīng)器中，然后將管式反應(yīng)器放入回轉(zhuǎn)管式爐中，在墮性氣體保護(hù)下進(jìn)行炭化處理；所述炭化處理采用程序升溫，升溫過(guò)程為以rc /min 50C /min的速率升到800-1000°C保溫l_3h，然后以15°C /min 20°C /min的升溫速率升到 1200 1400°C保溫 2-4h ；步驟⑴和(3)中，所述管式反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)置2 4條Imm IOOmm寬的螺旋片， 螺旋片與反應(yīng)器的中軸線保持20° 60°傾斜角；且管式反應(yīng)器內(nèi)壁規(guī)則布置有2mm 5mm高度的錐形刀口。如圖6-8所示。所述硅烷試劑優(yōu)選為正硅酸乙酯或Y-氨丙基三乙氧基硅烷。所述基體炭?jī)?yōu)選為活性炭、浙青炭和樹(shù)脂炭。所述粉體優(yōu)選經(jīng)過(guò)篩分后為200 300目的粉體。所述管式反應(yīng)器內(nèi)部還可以放有若干Imm IOmm直徑的鋼珠。所述螺旋片為多段漸開(kāi)式螺旋片，且一面光滑，一面保持一定的粗糙度。所述回轉(zhuǎn)管式爐可以按照一定的速率進(jìn)行順轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明本發(fā)明是一種利用特制的管式反應(yīng)器，制備C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的方法。該管式反應(yīng)器具有多重功能，在液固轉(zhuǎn)化過(guò)程中能夠同時(shí)進(jìn)行液體攪拌和固體粉化。液相反應(yīng)過(guò)程中，液體在管式反應(yīng)器的螺旋片上形成液膜，發(fā)生汽化、固化反應(yīng)，這種反應(yīng)方式極大地提高了液態(tài)反應(yīng)物向固態(tài)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化速率，能使硅的有機(jī)前驅(qū)體充分均勻地沉積在基體炭上，或與碳的前驅(qū)體充分混合，有利于后續(xù)的炭化和高溫固相反應(yīng)的進(jìn)行。焙燒過(guò)程管式反應(yīng)器能提高焙燒反應(yīng)的均勻性、減少塊體的生成，可以使得SiC的生成反應(yīng)的溫度降低到1400°C以下。且通過(guò)本發(fā)明特制的管式反應(yīng)器進(jìn)行焙燒能夠生成結(jié)構(gòu)均一的C/Si02/ SiC復(fù)合體，如圖1、2所示，圖1中立方體為β-SiC晶體，小圓顆粒為SiA附著在炭基體上；圖2中36°、60°、72°處的峰為β-SiC晶體的衍射峰，26°、42°處的峰為SW2晶體的衍射峰。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于1、本發(fā)明的吸波復(fù)合材料在特定微波頻段內(nèi)如Χ波段(8 12GHz)和Ku波段 (12 18GHz)，其反射損耗均低于_5dB，最大反射損耗達(dá)到-12dB _38dB，具有高介電損耗性能穩(wěn)定、厚度較薄等以及面密度低等優(yōu)點(diǎn)。2、本發(fā)明的吸波復(fù)合材料為C/Si02/SiC的復(fù)合體，性能比C、SiO2, SiC機(jī)械混合體性能更加優(yōu)異和穩(wěn)定，同時(shí)比C/Si02、C/SiC復(fù)合體具有更好的吸波性能調(diào)控能力。
3、本發(fā)明的吸波復(fù)合材料是在特定的設(shè)備和特定的方法制備而成，該方法SiC生成反應(yīng)溫度低，制備的吸波復(fù)合材料結(jié)構(gòu)均一。


圖1是本發(fā)明的C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的掃描電鏡圖；圖2是本發(fā)明的C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的XRD衍射圖；圖3是本發(fā)明的C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的反射損耗與電磁波頻率關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明的C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的反射損耗與電磁波頻率關(guān)系圖；圖5是本發(fā)明的C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的反射損耗與電磁波頻率關(guān)系圖；圖6是管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是管式反應(yīng)器的縱向剖面圖；圖8是管式反應(yīng)器的A-A剖面圖；其中1是進(jìn)氣口、2是出氣口、3是反應(yīng)器蓋、4是錐形刀口、5是螺旋片，a是螺旋片的寬度，可以根據(jù)需要來(lái)設(shè)計(jì)，例如a = Imm 100mm ;b是螺旋片的節(jié)距，可以根據(jù)需要來(lái)設(shè)計(jì)，例如b = IOOmm 500mm。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明，但本發(fā)明不限于實(shí)施例的范圍。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一種管式反應(yīng)器，如圖6-8所示，是一種圓柱形體，一端設(shè)有進(jìn)氣口(1)，另一端設(shè)有出氣口 O)，所述管式反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)置2 4條Imm IOOmm寬(a)的螺旋片(5)，螺旋片(5)與反應(yīng)器的中軸線保持35°傾斜角；且管式反應(yīng)器內(nèi)壁規(guī)則布置有2mm 5mm高度的錐形刀口 。其中，螺旋片(5)與反應(yīng)器的中軸線的傾斜角可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成不同的角度，20° 60°均為較適宜的角度。螺旋片(5)可以是2 4條連續(xù)或間斷的螺旋片，螺旋片之間的節(jié)距(b)可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)，以IOOmm 500mm較為適宜。實(shí)施例2 以實(shí)施例1所述的管式反應(yīng)器作為反應(yīng)設(shè)備，制備C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料20°C下，取IOOg活性炭置于燒杯中，加入相對(duì)于活性炭10% (w/w)的KH550和 IOOml無(wú)水乙醇后攪拌均勻，進(jìn)行表面吸附。再將燒杯置于60°C水浴中超聲分散2小時(shí)，然后在管式反應(yīng)器80°C下進(jìn)行固化處理。固化后的樣品取出放入管式反應(yīng)器，以3°C /min速率升到900°C溫度保溫2小時(shí)炭化處理，炭化產(chǎn)物轉(zhuǎn)入高溫氣氛爐以15°C /min的升溫速率 1300°C保溫池，冷卻至室溫取出即可。復(fù)合材料的掃描電鏡圖如圖1所示，XRD衍射圖如圖 2所示，圖1中立方體為β-SiC晶體，小圓顆粒為SiO2附著在炭基體上；圖2中36°、60°、 72°處的峰為β-SiC晶體的衍射峰，26°、42°處的峰為SiO2晶體的衍射峰，可見(jiàn)復(fù)合體組分分布均勻、結(jié)構(gòu)均一。所得材料在6. 6 12. 2GHz頻率范圍內(nèi)的反射損耗均小于_5dB， 最大反射損耗達(dá)_38dB。如圖3所示。實(shí)施例3
以實(shí)施例1所述的管式反應(yīng)器作為反應(yīng)設(shè)備，制備C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料25°C下，取IOOg活性炭置于燒杯中，加入相對(duì)于活性炭30% (w/w)的TEOS和 IOOml無(wú)水乙醇后攪拌均勻，進(jìn)行表面吸附，加入IOml 5% (w/w)濃度的氨水，超聲分散30 分鐘，靜置過(guò)夜后在管式反應(yīng)器內(nèi)120°C進(jìn)行固化處理。固化后的樣品取出研磨、篩分300 目的粉體后放入管式反應(yīng)器內(nèi)，以5°C /min速率升到1000°C溫度保溫1小時(shí)炭化處理，炭化產(chǎn)物轉(zhuǎn)入高溫氣氛爐以15°C /min的升溫速率1400°C保溫池，冷卻至室溫取出即可。該復(fù)合材料的掃描電鏡效果和衍射效果同實(shí)施例1，組成結(jié)構(gòu)均一。該復(fù)合材料在12. 6 18GHz頻率范圍內(nèi)的反射損耗均小于_5dB，最大反射損耗達(dá)-18. 5dB。如圖4所示。實(shí)施例4 以實(shí)施例1所述的管式反應(yīng)器作為反應(yīng)設(shè)備，制備C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料25°C下，取IOOg浙青炭置于燒杯中，加入相對(duì)于活性炭50% (w/w)的TEOS和 IOOml無(wú)水乙醇后攪拌均勻，加入IOml 15% (w/w)的氨水，超聲分散30分鐘，靜置過(guò)夜后在管式反應(yīng)器內(nèi)60°C干燥處理。干燥后的樣品取出研磨、篩分200目的粉體后放入管式反應(yīng)器內(nèi)，以5°C /min速率升到800°C溫度保溫3小時(shí)炭化處理，炭化產(chǎn)物轉(zhuǎn)入高溫氣氛爐以 15°C /min的升溫速率1200°C保溫4h，冷卻至室溫取出即可。該復(fù)合材料的掃描電鏡效果和衍射效果同實(shí)施例1，組成結(jié)構(gòu)均一。該復(fù)合材料在11. 6 18GHz頻率范圍內(nèi)的反射損耗均小于_5dB，最大反射損耗達(dá)-12. 6dB。如圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料，其特征是，該復(fù)合材料通過(guò)以下原料和方法制備得到(1)將硅烷試劑與基體炭按照質(zhì)量比為硅烷試劑基體炭=0.1-0. 5 1的比例在 200C _25°C的條件下進(jìn)行表面吸附處理，然后在管式反應(yīng)器中進(jìn)行60°C 160°C固化處理， 得到固化復(fù)合體；其中，所述硅烷試劑為正硅酸乙酯或Y-氨丙基三乙氧基硅烷，所述基體炭為活性炭、浙青炭或樹(shù)脂炭；(2)將上述固化復(fù)合體進(jìn)行機(jī)械破碎經(jīng)過(guò)篩分后為200 300目后得到粉體；(3)將上述粉體在裝入管式反應(yīng)器中，然后將管式反應(yīng)器放入回轉(zhuǎn)管式爐中，在墮性氣體保護(hù)下進(jìn)行炭化處理；所述炭化處理采用程序升溫，升溫過(guò)程為以1°C /min 5°C /min 的速率升到800-1000°C保溫l_3h，然后以15°C /min 20°C /min的升溫速率升到1200 1400°C保溫 2-4h ；步驟(1)和(3)中，所述管式反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)置2 4條Imm IOOmm寬的螺旋片，螺旋片與反應(yīng)器的中軸線保持20° 60°傾斜角；且管式反應(yīng)器內(nèi)壁規(guī)則布置有2mm 5mm高度的錐形刀口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料，其特征是，所述復(fù)合材料的體積密度為 1. 2 3. Og/cm3，電阻率為 1 X IO"2 1 X IO3 Ω · m。
3.—種C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征是，包括如下具體步驟(1)將硅烷試劑與基體炭按照質(zhì)量比為硅烷試劑基體炭=0.1-0. 5 1的比例在 200C -25°C的條件下進(jìn)行表面吸附處理，然后在管式反應(yīng)器中進(jìn)行60V 160°C固化處理， 得到固化復(fù)合體；(2)將上述固化復(fù)合體進(jìn)行機(jī)械破碎得到粉體；(3)將上述粉體在裝入管式反應(yīng)器中，然后將管式反應(yīng)器放入回轉(zhuǎn)管式爐中，在墮性氣體保護(hù)下進(jìn)行炭化處理；所述炭化處理采用程序升溫，升溫過(guò)程為以1°C /min 5°C /min 的速率升到800-1000°C保溫l_3h，然后以15°C /min 20°C /min的升溫速率升到1200 1400°C保溫 2-4h ；步驟(1)和(3)中，所述管式反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)置2 4條Imm IOOmm寬的螺旋片，螺旋片與反應(yīng)器的中軸線保持20° 60°傾斜角；且管式反應(yīng)器內(nèi)壁規(guī)則布置有2mm 5mm高度的錐形刀口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述硅烷試劑為正硅酸乙酯或Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述基體炭為活性炭、浙青炭或樹(shù)脂炭。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述粉體是經(jīng)過(guò)篩分后為200 300目的粉體。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述C/Si02/SiC吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述管式反應(yīng)器內(nèi)部放有Imm IOmm直徑的鋼珠。
全文摘要
本發(fā)明屬于功能復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種C/SiO2/SiC吸波復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料通過(guò)以下原料和方法制備得到(1)將硅烷試劑與基體炭按照質(zhì)量比為硅烷試劑∶基體炭＝0.1-0.5∶1的比例在20℃-25℃的條件下進(jìn)行表面吸附處理，然后在管式反應(yīng)器中進(jìn)行60℃～160℃固化處理，得到固化復(fù)合體；(2)將上述固化復(fù)合體進(jìn)行機(jī)械破碎后得到粉體；(3)將上述粉體在裝入管式反應(yīng)器中，然后將管式反應(yīng)器放入回轉(zhuǎn)管式爐中，在墮性氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫炭化處理，即可。本發(fā)明的復(fù)合材料的體積密度為1.2～3.0g/cm3，電阻率為1×10-2～1×103Ω·m，在X波段和Ku波段微波頻段內(nèi)具有優(yōu)良的吸波性能。
文檔編號(hào)B01F5/06GK102504761SQ20111036241
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者劉洪波, 李勁, 邵南子 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)