一种陶瓷电磁波吸收剂及制备方法

摘要

本发明涉及一种陶瓷电磁波吸收剂及制备方法，属于复合材料技术领域，设计一种利用熔盐法在较低温度下制备MxSiyCz/SiCw陶瓷电磁波吸收剂，增强了电磁波(EMW)的吸收。通过熔盐法在高温下在碳化硅晶须(SiCw)表面原位合成MxSiyCz/SiCw，将随机堆叠的纳米片形成厚度约为1‑4μm的MxSiyCz层均匀地包覆在SiCw表面。包覆MxSiyCz层后，由于界面极化和导电性增强，SiCw的复介电常数和EMW吸收能力显著提高，反射损耗(RL)在‑10～25dB之间，当MxSiyCz/SiCw陶瓷电磁波吸收剂厚度为2～3mm时，有效吸收带宽可覆盖整个X波段。MxSiyCz/SiCw具有轻质、宽带宽、强吸收、薄厚度和性能可调节等优点，是一种很有前途的高性能EMW吸收材料。

权利要求

1.一种陶瓷电磁波吸收剂，其特征在于分子通式为MxSiyCz/SiCw，其中x、y、z按照化学计量比确定为x、y、z为1 4之间的自然数；

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其中，M为Ti、Cr、Al、V、Nb、Sn中的一种；

所述陶瓷电磁波吸收剂是按照以下步骤制得：步骤1：将SiC晶须按照1:50 100的比例在乙醇中分散，随后在60 80℃干燥2 6小时，金~ ~ ~属粉M在60 80℃干燥4 8h，A和B两种混合熔盐在80℃干燥4 8h；

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所述A和B两种混合熔盐为NaCl、KCl、KBr、NaF、KNO3、CaCl2、NaSO4、KSO4、ZnCl2、Cul、CuCl2中的任意两种；

步骤2：将质量比为1 5:2的混合熔盐与金属粉M在玛瑙砂浆中干磨混合均匀，得到混合~粉末；

步骤3：将混合粉末和SiC晶须混合均匀放入氧化铝坩埚中，置于管式炉中，通入氩气气氛，加热速率为2 5℃/ min，在1000 1500℃下加热1 4 h；

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步骤4：在炉温冷却至室温后取出，用去离子水将制备的物质多次清洗；在60 100℃下~烘干12~24h，得到MxSiyCz/SiCw陶瓷电磁波吸收剂。

2. 根据权利要求1所述的陶瓷电磁波吸收剂，其特征在于：所述SiC晶须纯度99.9%，直径D 0.1～2.5μm，长度10‑50μm。

3.根据权利要求1所述的陶瓷电磁波吸收剂，其特征在于：所述金属粉M的粒径在300目

500目。

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4.根据权利要求1所述的陶瓷电磁波吸收剂，其特征在于：所述A和B两种混合熔盐的比例为1 4:1。

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5.根据权利要求1所述的陶瓷电磁波吸收剂，其特征在于：所述多次清洗为4 10次。

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说明书

一种陶瓷电磁波吸收剂及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于复合材料技术领域，涉及一种陶瓷电磁波吸收剂及制备方法。

背景技术

[0002] 由于高频电子设备的电磁辐射和干扰日益严重，电磁波吸收材料已引起越来越多的关注。电磁波吸收材料主要由透波基体和吸收剂组成。

[0003] 目前，随着电磁波吸收材料发展要求的不断提高，新型高性能电磁波吸收材料的研究受到高度关注。SiC是其中一种最有前途的微波吸收陶瓷之一，因为它具有高强度、耐氧化、高稳定性和高可靠性。其中，SiC晶须因其密度小、力学性能好、耐高温和可调节等特点，具有轻质高强的特点，因此备受关注。SiC由于阻抗匹配性差、低导电性等因素，损耗机制单一，难以达到理想的吸波效果。

[0004] 通常在SiC中加入导电相(如碳纳米管(CNTs)和石墨烯)可以提高SiC材料的导电性和极性,广泛应用于改善材料的导电性和极化损耗。此外，为了改善电磁波吸收，在SiC晶须表面进行包覆已被证明是一个有效和可行的解决方案，用于改善SiC晶须的EMW吸收。

[0005] 三元层状碳化物陶瓷MAX相，如Ti3SiC2、Ti4SiC3，Y3Si2C2、Cr2SiC(优异的导电、导热性，机械加工性能，抗热震性能等)和陶瓷材料(高模量、耐高温、抗氧化性、耐腐蚀性等)的优良性能，已经被广泛用于SiC和SiC基复合材料的表面改性。相关研究表明，MAX相碳化物陶瓷可以稳定地与SiC材料结合结合在SiC上，这种三元层状陶瓷涂层不仅有效地改善了陶瓷的烧结性能，而且提升了机械和热性能。因此，三元层状碳化物陶瓷MAX相可以被认为是一种新的和有前途的涂层，以改善SiC材料在高温下的电磁波吸收性能。

[0006] 基于对电磁波吸收材料更宽的带宽和更强的吸收能力，同时具有性能可调节的发展要求，有必要找到一种的新型表面涂层来提高SiC晶须的电磁波吸收能力。

[0007] 熔盐法是一类工艺简单、合成温度低、可短时间内批量合成尺寸均匀粉体材料的制备方法，利用熔盐作为反应介质可加速涂层的形成，涂层厚度通过调整反应物配比、热处理温度、热处理时间等参数。因此，我们设计一种利用熔盐法来制备MxSiyCz/SiCw陶瓷电磁波吸收剂，以增强SiC陶瓷的电磁波(EMW)的吸收能力，以满足轻质、宽带宽、强吸收、薄厚度和可调节的要求，是十分必要的。

发明内容

[0008] 要解决的技术问题

[0009] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种陶瓷电磁波吸收剂及制备方法。

[0010] 技术方案

[0011] 一种陶瓷电磁波吸收剂，其特征在于分子通式为MxSiyCz/SiCw，其中x、y、z按照化学计量比确定为x、y、z为1～4之间的自然数。

[0012] 一种所述陶瓷电磁波吸收剂的方法，其特征在于步骤如下：

[0013] 步骤1：将SiC晶须按照1:50～100的比例在乙醇中分散，随后在60～80℃干燥2～6小时，金属粉在60～80℃干燥4～8h，A和B两种混合熔盐在80℃干燥4～8h；

[0014] 步骤2：将质量比为1～5:2的混合熔盐与金属粉在玛瑙砂浆中干磨混合均匀，得到混合粉末；

[0015] 步骤3：将混合粉末和SiC晶须混合均匀放入氧化铝坩埚中，置于管式炉中，通入氩气气氛，加热速率为2～5℃/min，在1000～1500℃下加热1～4h；

[0016] 步骤4：在炉温冷却至室温后取出，用去离子水将制备的物质多次清洗；在60～100℃下烘干12～24h，得到MxSiyCz/SiCw陶瓷电磁波吸收剂。

[0017] 所述SiC晶须纯度99.9％，直径D 0.1～2.5μm，长度10‑50μm。

[0018] 所述金属粉M为钛粉Ti、铬粉Cr、铝粉Al、钒粉V、铌粉Nb或锡粉Sn其中的一种。

[0019] 所述金属的粒径在300目～500目

[0020] 所述A和B两种混合熔盐为NaCl、KCl、KBr、NaF、KNO3、CaCl2、NaSO4、KSO4、ZnCl2、Cul、CuCl2中的任意两种。

[0021] 所述A和B两种混合熔盐的比例为1～5:2。

[0022] 所述多次清洗为4～10次。

[0023] 有益效果

[0024] 本发明提出的一种陶瓷电磁波吸收剂及制备方法，属于复合材料技术领域，设计一种利用熔盐法在较低温度下制备MxSiyCz/SiCw陶瓷电磁波吸收剂，增强了电磁波(EMW)的吸收。通过熔盐法在高温下在碳化硅晶须(SiCw)表面原位合成MxSiyCz/SiCw，将随机堆叠的纳米片形成厚度约为1‑4μm的MxSiyCz层均匀地包覆在SiCw表面。包覆MxSiyCz层后，由于界面极化和导电性增强，SiCw的复介电常数和EMW吸收能力显著提高，反射损耗(RL)在‑10～25dB之间，当MxSiyCz/SiCw陶瓷电磁波吸收剂厚度为2～3mm时，有效吸收带宽可覆盖整个X波段。MxSiyCz/SiCw具有轻质、宽带宽、强吸收、薄厚度和性能可调节等优点，是一种很有前途的高性能EMW吸收材料。

[0025] 通过实验效果可知相比现有技术的优越性：

[0026] 通过熔盐法在高温下在碳化硅晶须(SiCw)表面原位合成MxSiyCz/SiCw，将随机堆叠的纳米片形成厚度约为1‑4μm的MxSiyCz层均匀地包覆在SiCw表面。包覆MxSiyCz层后，由于界面极化和导电性增强，SiCw的复介电常数和EMW吸收能力显著提高。MxSiyCz/SiCw复合材料在M为Y时，厚度仅为2.2mm时的RLmin为‑22dB，有效吸收带宽为2.87GHz，在X波段(8.2‑12.4GHz)覆盖了69％，并且通过调控吸波材料厚度，当厚度从2.0mm变化至3mm时，有效反射损失可以覆盖整个X波段。MxSiyCz/SiCw具有轻质、宽带宽、强吸收、薄厚度和性能可调节等优点，是一种很有前途的高性能EMW吸收材料。

附图说明

[0027] 图1：当石蜡样填充含量为50％时，其不同厚度对应的吸波性能；

[0028] 图2：介电常数实部提升效果；

[0029] 图3：介电常数虚部提升效果。

具体实施方式

[0030] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

[0031] 实施例1：

[0032] 取2gSiCw在200ml中搅拌30分钟进行分散，然后将2gNaCl、2gKCl盐与1g钇粉(Y)在玛瑙砂浆中干磨混合均匀。随后，将混合粉末和2gSiC晶须混合均匀放入氧化铝坩埚中，在氩气气氛下，加热速率为5℃/min的管式炉中，在1100℃下加热2h。在炉温冷却至室温后，用去离子水多次清洗制备的样品，以去除剩余的盐。在100℃下烘干24h，最终得到Y3Si2C2/SiCw新型陶瓷电磁波吸收剂，相比纯的SiCw其介电常数实部和虚部得到了有效提升。当石蜡样填充含量为50％时，其不同厚度对应的吸波性能如图1所示，SiCw/Y3Si2C2复合材料在厚度仅为2.1mm时的RLmin为‑22dB，薄厚度为2.2mm时的，有效吸收带宽为2.87GHz，在X波段(8.2‑12.4GHz)覆盖了68％，并且通过调控吸波材料厚度，当厚度从2.0mm调整至2.7mm时，有效反射损失可以覆盖整个X波段。其介电常数实部和虚部提升效果如图2.图3.所示。

[0033] 实施例2：

[0034] 取4gSiCw在400ml中搅拌60分钟进行分散，然后将4gNaCl、4gKCl盐与2g铬粉(Cr)在玛瑙砂浆中干磨混合均匀。随后，将混合粉末和4gSiC晶须混合均匀放入氧化铝坩埚中，在氩气气氛下，加热速率为5℃/min的管式炉中，在1200℃下加热2h。在炉温冷却至室温后，用去离子水多次清洗制备的样品，以去除剩余的盐。在80℃下烘干18h，最终得到Cr2SiC/SiCw新型陶瓷电磁波吸收剂，相比纯的SiCw其介电常数实部和虚部得到了有效提升。当石蜡样填充含量为50％时，SiCw/Cr2SiC复合材料在厚度仅为2.0mm时的RLmin为‑16.9dB，薄厚度为2.2mm时的，有效吸收带宽为2.27GHz，在X波段(8.2‑12.4GHz)覆盖了50％，并且通过调控吸波材料厚度，当厚度从2.0mm调整至2.7mm时，有效反射损失可以覆盖整个X波段。

[0035] 实施例3：

[0036] 取6gSiCw在600ml中搅拌60分钟进行分散，然后将10gNaCl、10gKCl盐与3g钛粉(Ti)在玛瑙砂浆中干磨混合均匀。随后，将混合粉末和6gSiC晶须混合均匀放入氧化铝坩埚中，在氩气气氛下，加热速率为5℃/min的管式炉中，在1300℃下加热2.5h。在炉温冷却至室温后，用去离子水多次清洗制备的样品，以去除剩余的盐。在100℃下烘干15h，最终得到SiCw/Cr2SiC新型陶瓷电磁波吸收剂，当石蜡样填充含量为50％时，Ti3SiC2/SiCw复合材料在厚度仅为2.0mm时的RLmin为‑15.9dB，有效吸收带宽为2.39GHz，在X波段(8.2‑12.4GHz)覆盖了51％，并且通过调控吸波材料厚度，当厚度从2.0mm调整至2.8mm时，有效反射损失可以覆盖整个X波段。

[0037] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰和替换，这些改进、润饰和替换也应视为本发明的保护范围。