专利名称：一种结构化吸波材料及其制备方法
技术领域：
本发明具体涉及电磁波吸收材料，具体涉及一种结构化吸波材料及其制备方法。
背景技术：
随着电子技术的飞速发展，人们日常生活中受到的电磁辐射不断增多；同时为适应现代战争的需要，隐身材料在武器中被广泛应用，因此，吸波材料的研究具有重要的实用价值。我国从20世纪80年代已经开始对吸波材料和电磁波吸收体的研究，90年代中后期进入较全面的研究阶段。虽然国内对吸波材料的研究在某些方面取得了很好的进展，并形成了自己的特色，但其研究重点大多是某种吸波材料的研究，对于吸收体的设计方法研究相对较少。吸波材料根据耗损机理可分为磁介质型、电阻型及电解质型材料。其中，电阻型吸收剂主要有碳纤维、碳化硅、石墨等；电解质型吸收剂主要有SiC陶瓷、钛酸钡陶瓷等；磁介质型吸收剂主要有铁氧体、超细金属粉、羰基铁等。从目前的研究现状看，每种吸波材料都有其独特的吸波性能，适用于不同频段的电磁波，但现有的吸波材料还存在吸波频段较窄， 单频吸收，质量重、密度大等缺点。而隐身技术对吸波材料的综合要求为“薄、宽、轻、强”， 故为了满足隐身技术对吸波材料的综合要求，研制吸收强、频带宽、密度小、厚度薄、双频吸收甚至多频吸收的频带兼容性好的结构型吸波材料将是未来吸波材料的发展趋势。如何制备一种空隙率和厚度可调、密度小、质量轻、可任意裁剪成合适形状、频带兼容性好及可设计性强的结构化吸波材料，满足隐身技术对吸波材料的综合要求，从而克服传统型吸波材料所存在的不足，将是未来吸波材料研究的热点。
发明内容
发明的目的在于克服传统吸波材料所存在的吸波频段较窄，单频吸收，质量重、密度大等不足，提供一种结构化吸波材料及其制备方法。通过湿法造纸工艺和烧结技术将不同类型的吸收剂颗粒包覆在微纤形成的三维网状结构中，可同时发挥电阻型、电介质型和磁介质型三种损耗机理的作用，有效地实现对不同频段电磁波辐射的吸收。本发明的结构化吸波材料，由微米级直径的纤维(也即微纤)以及吸收剂颗粒组成，其中吸收剂颗粒被均勻地包覆在纤维形成的三维网状结构中；所述纤维为多晶金属纤维或陶瓷纤维。所述结构化吸波材料的厚度为广10mm，孔隙率为50% 90%。所述纤维的直径为0. 5 50μπι，其中多晶金属纤维为i^e、Ni、Co中的一种或多种形成的合金纤维。所述磁性金属颗粒为直径均为广70 μ m的竹炭颗粒、石墨颗粒、铁氧体颗粒、磁性金属颗粒、SiC陶瓷颗粒、钛酸钡陶瓷、碳化硅颗粒中的一种以上。所述磁性金属颗粒为直径均为广10 μ m的纯!^e、纯Co、纯Ni中的一种或多种形成的合金颗粒。本发明提供的上述结构化吸波材料的制备方法，其步骤如下(1)将胶粘剂、纤维、吸收剂颗粒按照1:广5:7 15的质量比与水混合，在纤维标准解离器中高速搅拌形成均勻浆液；
(2)利用湿法造纸工艺将步骤(1)所得浆液制成纸张式复合材料前驱体；
(3)将步骤(2)所得复合材料前驱体干燥；
(4)将步骤(3)烘干后的复合材料前驱体进行高温烧结，制得结构化吸波材料； 作为优选的，所述胶粘剂为纤维素、有机酸树脂、热固树脂中的一种以上。纤维素为天然纤维物，比如针叶木纤维、阔叶木纤维、竹类纤维，或者羧甲基纤维； 有机酸树脂为聚乙烯醇、聚亚安酯等，热固树脂为尿醛树脂、三聚氰胺树脂或丙烯酸树脂寸。进一步的，所述步骤(3)干燥的温度为8(T200°C。进一步的，所述步骤(4)高温烧结的条件为60(Tl40(rC下，于队或者吐气氛中烧结10 120分钟。与现有技术相比，本发明具有如下优点
(1)本发明结构化吸波材料采用湿法造纸工艺和烧结技术制备，材料结构分布均勻，制备工艺简单，成本低廉，且该材料可以根据需要裁剪成各种形状。(2)本发明结构化吸波材料空隙率大，且可以根据需要在很大范围内连续调控，其厚度跟纸张相差无几，材料密度小，质量轻，纤维形成的三维网状结构可以大大提高机械强度，并均勻地包覆吸收剂颗粒。(3)该结构化吸波材料所用纤维为陶瓷纤维或多晶金属纤维，所用吸收剂颗粒为竹炭颗粒、石墨颗粒、铁氧体颗粒、磁性金属粉末、SiC陶瓷颗粒、钛酸钡陶瓷、碳化硅颗粒中的一种或多种复合，该材料可以根据不同频段的电磁波改变材料成分，双频吸收甚至多频吸收的频带兼容性好。(4)本发明所制备的结构化吸波材料包含不同类型的吸波材料，是可以同时发挥电阻型、电解质型和磁介质型三种损耗机理的作用的电磁波吸收材料。(5)本发明的结构化吸波材料具有频带兼容性好、可设计性强、质量轻、密度小、厚度薄、力学性能优良、耐候性好及成本低等优点，克服了传统吸波材料的不足，适用性更强， 可广泛应用于军事和民用领域。
具体实施例方式为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所表述的范围。实施例1
将0. 5g针叶木纤维和0. 5g羧甲基纤维、Ig陶瓷纤维和7g竹炭颗粒加入到1. 5L水中， 在纤维标准解离器中高速搅拌lOmin，形成均勻混合的浆液。其中陶瓷纤维直径为3 μ m，竹炭粒径为10 μ m。将混合均勻后的浆液利用抄片机进行抄片，滤水后形成湿滤饼。将湿滤饼在^ar压力下进行压榨，在80°C下干燥lh，再在105°C下干燥Mh。将干燥好的复合材料在N2保护下于800°C烧结40分钟，气体流率控制在200ml/min，得到纸状陶瓷微纤包覆竹炭颗粒的结构化吸波材料。实施例2将Ig针叶木纤维、5g多晶纯Fe金属纤维、15g竹炭颗粒加入到1. 5L水中，在纤维标准解离器中高速搅拌lOmin，形成均勻混合的浆液。其中多晶金属纤维为6 μ m，竹炭粒径为 IOum0将混合均勻后的浆液用抄片机进行抄片，滤水后形成湿滤饼。将湿滤饼在^ar压力下进行压榨，在80°C下干燥lh，再在105°C下干燥Mh。将干燥好的复合材料在队保护下于1100°C烧结40分钟，气体流率控制在200ml/min，得到纸状多晶金属微纤包覆竹炭颗粒的结构化吸波材料。实施例3
将Ig羧甲基纤维、5g陶瓷纤维、6g竹炭颗粒和3g铁氧体颗粒加入到1. 5L水中，在纤维标准解离器中高速搅拌lOmin，形成均勻混合的浆液。其中陶瓷纤维直径为6 μ m,竹炭粒径为10 μ m，铁氧体颗粒为8 μ m。将混合均勻后的浆液用抄片机进行抄片，滤水后形成湿滤饼。将湿滤饼在^ar压力下进行压榨，在80°C下干燥lh，再在105°C下干燥Mh。将干燥好的复合材料在队保护下于1000°C烧结40分钟，气体流率控制在200ml/min，得到纸状陶瓷微纤包覆竹炭颗粒及铁氧体颗粒的结构化吸波材料。实施例4
将Ig竹纤维、5g陶瓷纤维、4g竹炭颗粒、3g铁氧体颗粒和2gSiC陶瓷颗粒加入到1. 5L 水中，在纤维标准解离器中高速搅拌lOmin，形成均勻混合的浆液。其中陶瓷纤维直径为 5 μ m,竹炭粒径为10 μ m,铁氧体颗粒为8 μ m, SiC陶瓷颗粒为9 μ m。将混合均勻后的浆液用抄片机进行抄片，滤水后形成湿滤饼。将湿滤饼在^ar压力下进行压榨，在80°C下干燥 lh，再在105°C下干燥Mh。将干燥好的复合材料在队保护下于900°C烧结40分钟，气体流率控制在200ml/min，得到纸状陶瓷微纤包覆不同类型吸收剂颗粒的结构化吸波材料。实施例5
将0. 5g竹纤维和0. 5g羧甲基纤维、知含附78%的铁镍合金纤维、6g竹炭颗粒和2g SiC 陶瓷颗粒加入到1. 5L水中，在纤维标准解离器中高速搅拌lOmin，形成均勻混合的浆液。其中多晶合金纤维直径为6 μ m，竹炭粒径为10 μ m，SiC陶瓷颗粒为9 μ m。将混合均勻后的浆液用抄片机进行抄片，滤水后形成湿滤饼。将湿滤饼在^ar压力下进行压榨，在80°C下干燥lh，再在105°C下干燥Mh。将干燥好的复合材料在队保护下于1100°C烧结40分钟，气体流率控制在200ml/min，得到纸状多晶金属微纤包覆竹炭及SiC陶瓷颗粒的结构化吸波材料。
权利要求
1.一种结构化吸波材料，其特征在于由微米级直径的纤维以及吸收剂颗粒组成，所述吸收剂颗粒被均勻地包覆在纤维所形成的三维网状结构中；所述纤维为多晶金属纤维或陶瓷纤维。
2.根据权利1所述的结构化吸波材料，其特征在于结构化吸波材料的厚度为 lmnTlOmm，孔隙率为 50% 90%。
3.根据权利1或2所述的结构化吸波材料，其特征在于所述纤维的直径为0.5^50 μ m。
4.根据权利3所述的结构化吸波材料，其特征在于所述多晶金属纤维为Fe、Ni、Co中的一种或多种形成的合金纤维。
5.根据权利要求4所述的结构化吸波材料，其特征在于所述吸收剂颗粒为直径均在广70 μ m的竹炭颗粒、石墨颗粒、铁氧体颗粒、磁性金属颗粒、SiC陶瓷颗粒、钛酸钡陶瓷、碳化硅颗粒中的一种以上。
6.根据权利要求5所述的结构化吸波材料，其特征在于所述磁性金属颗粒为直径均为 Γιο μ m的纯！^、纯Co、纯Ni中的一种或多种形成的合金颗粒。
7.权利要求1至6之一所述结构化吸波材料的制备方法，其特征在于步骤如下(1)将胶粘剂、纤维、吸收剂颗粒按照1:广5:7 15的质量比与水混合，搅拌形成均勻浆液；(2)利用湿法造纸工艺将步骤(1)所得浆液制成纸张式复合材料前驱体；(3)将步骤(2)所得复合材料前驱体干燥；(4)将步骤(3)烘干后的复合材料前驱体进行高温烧结，制得结构化吸波材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述胶粘剂为纤维素、有机酸树脂、热固树脂中的一种以上。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述步骤(3)干燥的温度为8(T20(TC。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述步骤(4)高温烧结的条件为 60(Γ1400 下，于N2或者H2气氛中烧结10 120分钟。
全文摘要
本发明公开了一种结构化吸波材料及其制备方法。该结构化吸波材料包含微米级直径的纤维和吸收剂颗粒，纤维形成孔隙率可调控的三维网状结构，吸收剂颗粒被均匀包覆在该三维网状结构中。将胶粘剂、纤维、吸收剂颗粒与水混合，高速搅拌形成均匀浆液；然后利用湿法造纸工艺制成前驱体，将前驱体干燥后，高温烧结形成纸状微纤包覆吸收剂颗粒的结构化吸波材料。所制得的结构化吸波材料具有厚度较薄、孔隙率高、柔韧性好、成型方便、对电磁波吸收能力强的特点，并且其制备工艺简单、成本低。本发明可应用于军事和民用方面，大大降低吸波材料密度及质量，耐高温性能好，可提高吸波效率，应用前景广阔。
文档编号H05K9/00GK102523730SQ20111036664
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者张会平, 鄢瑛, 陈焕浩 申请人:华南理工大学