本發(fā)明屬于高溫寬頻吸波陶瓷制備的，具體涉及一種高溫寬頻吸波sic周期微管陶瓷的原位構(gòu)筑方法。

背景技術(shù)：

1、針對(duì)空天飛行器熱端部件對(duì)輕質(zhì)、高溫、寬頻、強(qiáng)吸收材料的迫切需求，開(kāi)展系列sic基泡沫陶瓷的制備與電磁性能研究是必要的。

2、sic陶瓷是一種典型的介電損耗型吸波材料，具有輕質(zhì)、耐高溫、高強(qiáng)度等優(yōu)異性能，在高溫吸波領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，sic作為高溫吸波材料，雖然通過(guò)制備元素?fù)诫ssic陶瓷、原位自生sic納米線(xiàn)、sic泡沫、sic纖維等方式可以?xún)?yōu)化sic吸波材料的電磁參數(shù)和阻抗匹配性能。

3、現(xiàn)有的sic吸波材料大多為粉體材料，與透波基體復(fù)合所制備的吸波材料具有均勻、致密結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)某一頻段較強(qiáng)吸波性能，但其介電常數(shù)隨溫度升高而增加，導(dǎo)致高溫吸波性能較差，且有效吸波頻帶較窄，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求。鄭州大學(xué)song等人通過(guò)冷凍干燥法制備多孔sic納米纖維和納米線(xiàn)氣凝膠陶瓷，利用泡沫陶瓷中多孔結(jié)構(gòu)的多重反射和散射提高其極化損耗能力，有效提升了吸波性能，但是未見(jiàn)其高溫吸波性能的報(bào)道。sic纖維的電性能與其微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，通過(guò)調(diào)控制備工藝獲得從吸波到屏蔽的sic纖維，然而sic纖維吸波頻帶窄且模量較高，難以通過(guò)編織與透波基體復(fù)合制備出寬頻強(qiáng)吸收復(fù)合材料。

4、因此，目前所制備的sic吸波材料的結(jié)構(gòu)單一，難以實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)、寬頻、強(qiáng)吸收的電磁波吸收性能。如何通過(guò)多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一體化制備高溫寬頻高效吸收的sic吸波材料，成為航空航天熱端部件用吸波材料亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了綜合解決上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在研制一種輕薄型、耐高溫、寬頻帶、強(qiáng)吸收的陶瓷結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有高溫吸波材料密度大、厚度厚、高溫介電性能不穩(wěn)定、室溫/高溫吸波性能不足等問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是采用二維編織結(jié)構(gòu)碳纖維布提供介觀周期結(jié)構(gòu)骨架，通過(guò)化學(xué)氣相沉積高度晶化的sic陶瓷，形成納米級(jí)sic層狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)多次氧化原位構(gòu)筑具有多尺度周期結(jié)構(gòu)的sic微米管。

3、本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單，sic微米空心管周期結(jié)構(gòu)中存在大量周期孔結(jié)構(gòu)、缺陷、裂紋和偶極子，且sic層的厚度和層數(shù)均可調(diào)控。二維編織結(jié)構(gòu)碳纖維布的疊層結(jié)構(gòu)，為sic微米空心管提供細(xì)觀周期結(jié)構(gòu)，在降低均質(zhì)sic陶瓷密度的同時(shí)提高了其吸波性能，為制備“薄、輕、寬、強(qiáng)”電磁波吸收材料提供了新思路。

4、通過(guò)調(diào)控碳纖維的編織結(jié)構(gòu)、sic層的沉積時(shí)間和碳纖維的氧化時(shí)間，可以?xún)?yōu)化多尺度周期結(jié)構(gòu)和sic微米空心管結(jié)構(gòu)，所制備的sic微米空心管周期結(jié)構(gòu)可在8.2-18.0ghz波段實(shí)現(xiàn)全頻rc≤-8db，電磁波吸收效率高于90％的有效吸收頻帶可達(dá)6.8ghz，且在高溫條件下吸波性能穩(wěn)定，具有高溫寬頻高效電磁波吸收特性，是極具潛力的高溫吸波材料。

5、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：

6、一種高溫寬頻吸波sic周期微管陶瓷的原位構(gòu)筑方法，包括：

7、步驟1：將1k?t300碳纖維編織成碳纖維預(yù)制體；

8、步驟2：采用化學(xué)氣相沉積法在碳纖維預(yù)制體上原位沉積sic陶瓷，多次沉積sic陶瓷后形成層狀結(jié)構(gòu)，得到多孔cf/sic復(fù)合材料；

9、步驟3：將多孔cf/sic復(fù)合材料氧化處理，得到不同氧化程度的空心的sic周期微管陶瓷結(jié)構(gòu)。

10、優(yōu)選的，步驟1中的碳纖維預(yù)制體具有各向異性，截面為橢圓形周期結(jié)構(gòu)，表面為不同周期的矩形編織周期結(jié)構(gòu)。

11、優(yōu)選的，步驟3的sic微米空心管直徑為5～8μm，空心管壁層狀sic的單層厚度不超過(guò)1μm，形成多尺度層狀sic空心管結(jié)構(gòu)。

12、優(yōu)選的，sic周期微管陶瓷的氣孔率大于68％，密度小于0.85g/cm3。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

14、1.本發(fā)明通過(guò)創(chuàng)新的制備方法和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功解決了sic粉體成型難等問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了高溫環(huán)境下的寬頻強(qiáng)吸收，為其在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新的道路，同時(shí)在航空航天、軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

15、2.本發(fā)明通過(guò)采用不同編織結(jié)構(gòu)的碳纖維預(yù)制體作為骨架，并結(jié)合化學(xué)氣相沉積(cvi)工藝，成功制備了多層sic基體，從而形成了cf/sic復(fù)合材料。隨后，通過(guò)氧化處理去除碳纖維，原位構(gòu)筑了sic微米空心管周期結(jié)構(gòu)，其中sic管壁為β-sic。sic的高硬度和強(qiáng)度使其在成型過(guò)程中難以被壓縮和塑形，增加了傳統(tǒng)成型方法的難度。然而，本發(fā)明通過(guò)采用碳纖維預(yù)制體和cvi工藝，巧妙地規(guī)避了這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了sic的復(fù)雜形狀成型。更重要的是，cvi法制備的sic基體純度高，通常能達(dá)到97％以上，這得益于cvi法對(duì)纖維的較小損傷以及避免了傳統(tǒng)制備過(guò)程中可能引入的雜質(zhì)。此外，高純cvi?sic不僅強(qiáng)度高，而且可塑性好，這意味著它可以被加工成各種特殊形狀，從而滿(mǎn)足復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求。這一特點(diǎn)使得cvi?sic在增材制造領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，為制造具有高精度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷部件提供了可能。

16、3.sic空心管束的結(jié)構(gòu)單元尺寸為微米級(jí)，sic空心管的長(zhǎng)度為分米級(jí)。由于sic管壁由納米級(jí)厚度的多層β-sic組成，這種納米尺寸效應(yīng)有助于增強(qiáng)對(duì)電磁波的吸收。此外，sic納米晶的高比表面積提供了更多的電磁波散射和吸收位點(diǎn)，微米級(jí)的結(jié)構(gòu)單元和分米級(jí)的非連續(xù)空心管長(zhǎng)度共同構(gòu)成了多尺度梯度周期結(jié)構(gòu)密度低0.8g/cm3，sic的高熱導(dǎo)率有助于快速散熱。在600℃時(shí)吸波帶寬達(dá)到8.2ghz(覆蓋大部分x波段和ku波段)，而厚度僅為2.8mm。這種出色的吸波性能和高溫穩(wěn)定性使得sic周期微管陶瓷成為輕質(zhì)寬頻高溫吸波陶瓷的理想選擇。

技術(shù)特征：

1.一種高溫寬頻吸波sic周期微管陶瓷的原位構(gòu)筑方法，其特征在于：包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫寬頻吸波sic周期微管陶瓷的原位構(gòu)筑方法，其特征在于：步驟1中的碳纖維預(yù)制體具有各向異性，截面為橢圓形周期結(jié)構(gòu)，表面為不同周期的矩形編織周期結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高溫寬頻吸波sic周期微管陶瓷的原位構(gòu)筑方法，其特征在于：步驟3的sic微米空心管直徑為5～8μm，空心管壁層狀sic的單層厚度不超過(guò)1μm，形成多尺度層狀sic空心管結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高溫寬頻吸波sic周期微管陶瓷的原位構(gòu)筑方法，其特征在于：sic周期微管陶瓷的氣孔率大于68％，密度小于0.85g/cm3。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高溫寬頻吸波陶瓷制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫寬頻吸波SiC周期微管陶瓷的原位構(gòu)筑方法。包括：步驟1：將1K?T300碳纖維編織成碳纖維預(yù)制體；步驟2：采用化學(xué)氣相沉積法在碳纖維預(yù)制體上原位沉積SiC陶瓷，多次沉積SiC陶瓷后形成層狀結(jié)構(gòu)，得到多孔C<subgt;f</subgt;/SiC復(fù)合材料；步驟3：將多孔C<subgt;f</subgt;/SiC復(fù)合材料氧化處理，得到不同氧化程度的空心SiC周期微管陶瓷結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)創(chuàng)新的制備方法和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，原位構(gòu)筑SiC微米空心管周期結(jié)構(gòu)，成功解決了SiC粉體成型難等問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了高溫環(huán)境下的寬頻強(qiáng)吸收，為其在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新的道路，同時(shí)在航空航天、軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：薛繼梅,侯澤鑫,高源,汪雨秋,范曉孟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30