專利名稱：一種結(jié)構(gòu)化吸波材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及電磁波吸收材料，具體涉及一種結(jié)構(gòu)化吸波材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪惺艿降碾姶泡椛洳粩嘣龆?；同時(shí)為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，隱身材料在武器中被廣泛應(yīng)用，因此，吸波材料的研究具有重要的實(shí)用價(jià)值。我國(guó)從20世紀(jì)80年代已經(jīng)開(kāi)始對(duì)吸波材料和電磁波吸收體的研究，90年代中后期進(jìn)入較全面的研究階段。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)吸波材料的研究在某些方面取得了很好的進(jìn)展，并形成了自己的特色，但其研究重點(diǎn)大多是某種吸波材料的研究，對(duì)于吸收體的設(shè)計(jì)方法研究相對(duì)較少。吸波材料根據(jù)耗損機(jī)理可分為磁介質(zhì)型、電阻型及電解質(zhì)型材料。其中，電阻型吸收劑主要有碳纖維、碳化硅、石墨等；電解質(zhì)型吸收劑主要有SiC陶瓷、鈦酸鋇陶瓷等；磁介質(zhì)型吸收劑主要有鐵氧體、超細(xì)金屬粉、羰基鐵等。從目前的研究現(xiàn)狀看，每種吸波材料都有其獨(dú)特的吸波性能，適用于不同頻段的電磁波，但現(xiàn)有的吸波材料還存在吸波頻段較窄， 單頻吸收，質(zhì)量重、密度大等缺點(diǎn)。而隱身技術(shù)對(duì)吸波材料的綜合要求為“薄、寬、輕、強(qiáng)”， 故為了滿足隱身技術(shù)對(duì)吸波材料的綜合要求，研制吸收強(qiáng)、頻帶寬、密度小、厚度薄、雙頻吸收甚至多頻吸收的頻帶兼容性好的結(jié)構(gòu)型吸波材料將是未來(lái)吸波材料的發(fā)展趨勢(shì)。如何制備一種空隙率和厚度可調(diào)、密度小、質(zhì)量輕、可任意裁剪成合適形狀、頻帶兼容性好及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)化吸波材料，滿足隱身技術(shù)對(duì)吸波材料的綜合要求，從而克服傳統(tǒng)型吸波材料所存在的不足，將是未來(lái)吸波材料研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)吸波材料所存在的吸波頻段較窄，單頻吸收，質(zhì)量重、密度大等不足，提供一種結(jié)構(gòu)化吸波材料及其制備方法。通過(guò)濕法造紙工藝和燒結(jié)技術(shù)將不同類型的吸收劑顆粒包覆在微纖形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，可同時(shí)發(fā)揮電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型三種損耗機(jī)理的作用，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻段電磁波輻射的吸收。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化吸波材料，由微米級(jí)直徑的纖維(也即微纖)以及吸收劑顆粒組成，其中吸收劑顆粒被均勻地包覆在纖維形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中；所述纖維為多晶金屬纖維或陶瓷纖維。所述結(jié)構(gòu)化吸波材料的厚度為廣10mm，孔隙率為50% 90%。所述纖維的直徑為0. 5 50μπι，其中多晶金屬纖維為i^e、Ni、Co中的一種或多種形成的合金纖維。所述磁性金屬顆粒為直徑均為廣70 μ m的竹炭顆粒、石墨顆粒、鐵氧體顆粒、磁性金屬顆粒、SiC陶瓷顆粒、鈦酸鋇陶瓷、碳化硅顆粒中的一種以上。所述磁性金屬顆粒為直徑均為廣10 μ m的純!^e、純Co、純Ni中的一種或多種形成的合金顆粒。本發(fā)明提供的上述結(jié)構(gòu)化吸波材料的制備方法，其步驟如下(1)將膠粘劑、纖維、吸收劑顆粒按照1:廣5:7 15的質(zhì)量比與水混合，在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中高速攪拌形成均勻漿液；
(2)利用濕法造紙工藝將步驟(1)所得漿液制成紙張式復(fù)合材料前驅(qū)體；
(3)將步驟(2)所得復(fù)合材料前驅(qū)體干燥；
(4)將步驟(3)烘干后的復(fù)合材料前驅(qū)體進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，制得結(jié)構(gòu)化吸波材料； 作為優(yōu)選的，所述膠粘劑為纖維素、有機(jī)酸樹(shù)脂、熱固樹(shù)脂中的一種以上。纖維素為天然纖維物，比如針葉木纖維、闊葉木纖維、竹類纖維，或者羧甲基纖維； 有機(jī)酸樹(shù)脂為聚乙烯醇、聚亞安酯等，熱固樹(shù)脂為尿醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂或丙烯酸樹(shù)脂寸。進(jìn)一步的，所述步驟(3)干燥的溫度為8(T200°C。進(jìn)一步的，所述步驟(4)高溫?zé)Y(jié)的條件為60(Tl40(rC下，于隊(duì)或者吐氣氛中燒結(jié)10 120分鐘。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)化吸波材料采用濕法造紙工藝和燒結(jié)技術(shù)制備，材料結(jié)構(gòu)分布均勻，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，且該材料可以根據(jù)需要裁剪成各種形狀。(2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)化吸波材料空隙率大，且可以根據(jù)需要在很大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)控，其厚度跟紙張相差無(wú)幾，材料密度小，質(zhì)量輕，纖維形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以大大提高機(jī)械強(qiáng)度，并均勻地包覆吸收劑顆粒。(3)該結(jié)構(gòu)化吸波材料所用纖維為陶瓷纖維或多晶金屬纖維，所用吸收劑顆粒為竹炭顆粒、石墨顆粒、鐵氧體顆粒、磁性金屬粉末、SiC陶瓷顆粒、鈦酸鋇陶瓷、碳化硅顆粒中的一種或多種復(fù)合，該材料可以根據(jù)不同頻段的電磁波改變材料成分，雙頻吸收甚至多頻吸收的頻帶兼容性好。(4)本發(fā)明所制備的結(jié)構(gòu)化吸波材料包含不同類型的吸波材料，是可以同時(shí)發(fā)揮電阻型、電解質(zhì)型和磁介質(zhì)型三種損耗機(jī)理的作用的電磁波吸收材料。(5)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化吸波材料具有頻帶兼容性好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、質(zhì)量輕、密度小、厚度薄、力學(xué)性能優(yōu)良、耐候性好及成本低等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)吸波材料的不足，適用性更強(qiáng)， 可廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例所表述的范圍。實(shí)施例1
將0. 5g針葉木纖維和0. 5g羧甲基纖維、Ig陶瓷纖維和7g竹炭顆粒加入到1. 5L水中， 在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中高速攪拌lOmin，形成均勻混合的漿液。其中陶瓷纖維直徑為3 μ m，竹炭粒徑為10 μ m。將混合均勻后的漿液利用抄片機(jī)進(jìn)行抄片，濾水后形成濕濾餅。將濕濾餅在^ar壓力下進(jìn)行壓榨，在80°C下干燥lh，再在105°C下干燥Mh。將干燥好的復(fù)合材料在N2保護(hù)下于800°C燒結(jié)40分鐘，氣體流率控制在200ml/min，得到紙狀陶瓷微纖包覆竹炭顆粒的結(jié)構(gòu)化吸波材料。實(shí)施例2將Ig針葉木纖維、5g多晶純Fe金屬纖維、15g竹炭顆粒加入到1. 5L水中，在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中高速攪拌lOmin，形成均勻混合的漿液。其中多晶金屬纖維為6 μ m，竹炭粒徑為 IOum0將混合均勻后的漿液用抄片機(jī)進(jìn)行抄片，濾水后形成濕濾餅。將濕濾餅在^ar壓力下進(jìn)行壓榨，在80°C下干燥lh，再在105°C下干燥Mh。將干燥好的復(fù)合材料在隊(duì)保護(hù)下于1100°C燒結(jié)40分鐘，氣體流率控制在200ml/min，得到紙狀多晶金屬微纖包覆竹炭顆粒的結(jié)構(gòu)化吸波材料。實(shí)施例3
將Ig羧甲基纖維、5g陶瓷纖維、6g竹炭顆粒和3g鐵氧體顆粒加入到1. 5L水中，在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中高速攪拌lOmin，形成均勻混合的漿液。其中陶瓷纖維直徑為6 μ m,竹炭粒徑為10 μ m，鐵氧體顆粒為8 μ m。將混合均勻后的漿液用抄片機(jī)進(jìn)行抄片，濾水后形成濕濾餅。將濕濾餅在^ar壓力下進(jìn)行壓榨，在80°C下干燥lh，再在105°C下干燥Mh。將干燥好的復(fù)合材料在隊(duì)保護(hù)下于1000°C燒結(jié)40分鐘，氣體流率控制在200ml/min，得到紙狀陶瓷微纖包覆竹炭顆粒及鐵氧體顆粒的結(jié)構(gòu)化吸波材料。實(shí)施例4
將Ig竹纖維、5g陶瓷纖維、4g竹炭顆粒、3g鐵氧體顆粒和2gSiC陶瓷顆粒加入到1. 5L 水中，在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中高速攪拌lOmin，形成均勻混合的漿液。其中陶瓷纖維直徑為 5 μ m,竹炭粒徑為10 μ m,鐵氧體顆粒為8 μ m, SiC陶瓷顆粒為9 μ m。將混合均勻后的漿液用抄片機(jī)進(jìn)行抄片，濾水后形成濕濾餅。將濕濾餅在^ar壓力下進(jìn)行壓榨，在80°C下干燥 lh，再在105°C下干燥Mh。將干燥好的復(fù)合材料在隊(duì)保護(hù)下于900°C燒結(jié)40分鐘，氣體流率控制在200ml/min，得到紙狀陶瓷微纖包覆不同類型吸收劑顆粒的結(jié)構(gòu)化吸波材料。實(shí)施例5
將0. 5g竹纖維和0. 5g羧甲基纖維、知含附78%的鐵鎳合金纖維、6g竹炭顆粒和2g SiC 陶瓷顆粒加入到1. 5L水中，在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中高速攪拌lOmin，形成均勻混合的漿液。其中多晶合金纖維直徑為6 μ m，竹炭粒徑為10 μ m，SiC陶瓷顆粒為9 μ m。將混合均勻后的漿液用抄片機(jī)進(jìn)行抄片，濾水后形成濕濾餅。將濕濾餅在^ar壓力下進(jìn)行壓榨，在80°C下干燥lh，再在105°C下干燥Mh。將干燥好的復(fù)合材料在隊(duì)保護(hù)下于1100°C燒結(jié)40分鐘，氣體流率控制在200ml/min，得到紙狀多晶金屬微纖包覆竹炭及SiC陶瓷顆粒的結(jié)構(gòu)化吸波材料。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)化吸波材料，其特征在于由微米級(jí)直徑的纖維以及吸收劑顆粒組成，所述吸收劑顆粒被均勻地包覆在纖維所形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中；所述纖維為多晶金屬纖維或陶瓷纖維。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的結(jié)構(gòu)化吸波材料，其特征在于結(jié)構(gòu)化吸波材料的厚度為 lmnTlOmm，孔隙率為 50% 90%。
3.根據(jù)權(quán)利1或2所述的結(jié)構(gòu)化吸波材料，其特征在于所述纖維的直徑為0.5^50 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的結(jié)構(gòu)化吸波材料，其特征在于所述多晶金屬纖維為Fe、Ni、Co中的一種或多種形成的合金纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)化吸波材料，其特征在于所述吸收劑顆粒為直徑均在廣70 μ m的竹炭顆粒、石墨顆粒、鐵氧體顆粒、磁性金屬顆粒、SiC陶瓷顆粒、鈦酸鋇陶瓷、碳化硅顆粒中的一種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)化吸波材料，其特征在于所述磁性金屬顆粒為直徑均為 Γιο μ m的純！^、純Co、純Ni中的一種或多種形成的合金顆粒。
7.權(quán)利要求1至6之一所述結(jié)構(gòu)化吸波材料的制備方法，其特征在于步驟如下(1)將膠粘劑、纖維、吸收劑顆粒按照1:廣5:7 15的質(zhì)量比與水混合，攪拌形成均勻漿液；(2)利用濕法造紙工藝將步驟(1)所得漿液制成紙張式復(fù)合材料前驅(qū)體；(3)將步驟(2)所得復(fù)合材料前驅(qū)體干燥；(4)將步驟(3)烘干后的復(fù)合材料前驅(qū)體進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，制得結(jié)構(gòu)化吸波材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述膠粘劑為纖維素、有機(jī)酸樹(shù)脂、熱固樹(shù)脂中的一種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述步驟(3)干燥的溫度為8(T20(TC。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述步驟(4)高溫?zé)Y(jié)的條件為 60(Γ1400 下，于N2或者H2氣氛中燒結(jié)10 120分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)化吸波材料及其制備方法。該結(jié)構(gòu)化吸波材料包含微米級(jí)直徑的纖維和吸收劑顆粒，纖維形成孔隙率可調(diào)控的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，吸收劑顆粒被均勻包覆在該三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。將膠粘劑、纖維、吸收劑顆粒與水混合，高速攪拌形成均勻漿液；然后利用濕法造紙工藝制成前驅(qū)體，將前驅(qū)體干燥后，高溫?zé)Y(jié)形成紙狀微纖包覆吸收劑顆粒的結(jié)構(gòu)化吸波材料。所制得的結(jié)構(gòu)化吸波材料具有厚度較薄、孔隙率高、柔韌性好、成型方便、對(duì)電磁波吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并且其制備工藝簡(jiǎn)單、成本低。本發(fā)明可應(yīng)用于軍事和民用方面，大大降低吸波材料密度及質(zhì)量，耐高溫性能好，可提高吸波效率，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)H05K9/00GK102523730SQ20111036664
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者張會(huì)平, 鄢瑛, 陳煥浩 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)