一种高温吸波超材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子材料技术领域，涉及电磁波吸收材料，特别涉及一种高温吸波超材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]吸波材料是可以将入射到材料表面的电磁波吸收并转变为其它形式的能量而耗散掉的一种功能材料，已广泛应用在电磁屏蔽、雷达天线、隐身技术等领域。吸波材料根据损耗机理可分为电损耗型和磁损耗型，磁损耗型吸波材料由于兼具电和磁两种损耗特性，吸收能力一般较电损耗型优异从而应用十分广泛。虽然磁性吸波材料具有厚度薄、吸收频带宽的优点，但高温下由于磁性材料居里温度的限制以及聚合物的分解，吸收性能急剧恶化，只适合应用于中常温条件下，难以应用在一些高温场合，因此基本上高温吸波材料都是电损耗型的。由于高温吸波材料主要依靠电损耗来吸收电磁波，故吸收效果远低于磁性吸波材料，吸收频带窄，低频吸收差，材料厚度大。
[0003]超材料作为一种具有奇特物理性质的人工新材料，在吸波方面的研宄受到人们的广泛重视。通过合理的设计其结构上的关键物理尺寸，可以实现对电磁波传输特性的精确和有效控制。吸波超材料具有厚度薄、尺寸小、吸收强、设计灵活的特点，可以克服传统材料的不足，有望应用于高温吸波材料的设计。但目前研宄的大都是常温吸波超材料，构成超材料单元的介质材料和导电材料一般为FR4、Polyimide和铜、金、银等，在高温下会因构成材料被破坏而失去原有的特性。与磁性材料在高温下因超过居里温度而丧失磁性导致失效不同，构成超材料所依赖的介电和导电特性在高温下仍然可能存在，只要使用合适的耐高温导电和介电材料就可以实现高温吸波。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种高温吸波超材料及其制备方法，克服目前传统高温吸波材料厚度大，吸收效率低，低频吸收性能差，可设计性差的不足。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种高温吸波超材料，其由多个导电陶瓷片、陶瓷介质基板和反射背板所构成，其中，多个导电陶瓷片通过粘结固定在陶瓷介质基板的其中一面，呈周期性单元排列形成导电陶瓷阵列，反射背板固定在陶瓷介质基板另一面。
[0006]按上述方案，所述的陶瓷介质基板为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷或前述陶瓷材料的复合陶瓷。
[0007]按上述方案，所述的导电陶瓷片为二硼化钛、二硼化锆、二硼化铪或二硅化钼。
[0008]按上述方案，所述的周期性单元为单一形状和尺寸的导电陶瓷片的组合。
[0009]按上述方案，所述的周期性单元为多种不同形状和尺寸的导电陶瓷片的组合。
[0010]按上述方案，所述的导电陶瓷片的形状为正方形、长方形、圆形或椭圆形。
[0011]按上述方案，所述的反射背板为对电磁波全反射的高温陶瓷或高温合金。
[0012]所述的高温吸波超材料的制备方法，其具体步骤包括:
[0013]I)利用自蔓延高温合成法制备出导电陶瓷粉体，然后利用热压烧结的方法制备出导电陶瓷块体材料并将其加工成导电陶瓷片；
[0014]2)陶瓷介质基板和所得的导电陶瓷片在乙醇中经超声清洗处理并干燥后待用；
[0015]3)将导电陶瓷片通过无机高温粘结剂粘结在陶瓷介质基板的一面，使导电陶瓷片呈周期性排列形成导电陶瓷阵列，然后通过升温使导电陶瓷片紧密固定在陶瓷介质基板上;
[0016]4)将反射背板通过无机高温粘结剂固定在陶瓷介质基板的另一面，形成高温吸波超材料。
[0017]按上述方案，所述升温的固化程序为在30-40°C加热1-2小时，再升温至40_50°C加热2-4小时，最后升温至400-600°C，保温2-4小时即可。
[0018]本发明将耐高温的导电陶瓷片与陶瓷介质基板组合制备成吸波超材料，通过调节导电陶瓷片的形状、尺寸、分布密度、电导率、陶瓷介质基板的厚度、介电常数等来调节吸波超材料的吸收频率和吸收强度，电磁波在材料内以欧姆损耗和介电损耗的形式被损耗掉。本发明利用超材料导电陶瓷单元对电磁波的局域特性，将入射的电磁波能量限制在材料内部，同时由于反射背板的存在使其在材料内部发生多次的反射，最终能量以指数形式的衰减，可以在较薄的厚度下达到强吸收的效果。
[0019]与现有技术相比，本发明的优点为:本发明可以在一定电磁波频率处可达到近乎100 %的完美吸收，结构简单，厚度薄，制备工艺简单，性能易于调节，通过一定的设计可以实现宽带吸收，而且在高温下可以表现出良好的吸波性能。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1和实施例2的高温吸波超材料的示意图；
[0021]图2为本发明实施例1的高温吸波超材料常温和高温反射率曲线；
[0022]图3为本发明实施例2的高温吸波超材料的低频常温反射率曲线；
[0023]图4为本发明实施例3的高温吸波超材料的示意图；
[0024]图5为本发明实施例3的高温吸波超材料的常温反射率曲线。
【具体实施方式】
[0025]本发明提供了一种高温吸波超材料及其制备方法，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的说明。
[0026]实施例1
[0027]利用自蔓延高温合成法制备得到二硼化钛陶瓷粉，然后热压烧结法制备得到一定厚度的致密的二硼化钛陶瓷，用电火花线切割机将二硼化钛陶瓷切割成厚度为0.5_，边长a为5mm的正方形薄片。将氧化铝介质基板和切割的二硼化钛陶瓷片在乙醇中进行超声表面处理，保证待粘接面洁净无油污，然后在烘箱中烘干。用无机高温粘结剂将二硼化钛陶瓷片周期性的粘结在氧化铝介质基板上，呈周期性排列形成导电陶瓷阵列，然后将氧化铝介质基板的另一面与反射背板通过无机高温粘结剂连接，在30°C加热1.5小时，再升温至40°C加热3小时，最后升温至500°C，保温3小时即可。本实施例采用的氧化铝介质基板的尺寸