专利名称：碳化硅－碳微波吸收复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳化硅-碳微波吸收复合材料及其制备方法，更确切地说是一种以碳化硅和碳为基体材料，通过成分控制和工艺变化，以获得具有优良微波吸收性能的复合材料及其制备方法。属于陶瓷基复合材料领域。
背景技术：
由于良好的半导体特性及其它综合性能，碳化硅陶瓷被看作是一种非常有前途的吸波材料。目前该方面的研究主要集中在以碳化硅纤维为吸收剂的结构吸波材料，但由于碳化硅纤维昂贵的价格和复杂的制备工艺，导致这类材料的制造成本较高，很难获得广泛的应用。而且，从成本、性能、工艺等方面综合考虑，目前尚未发现一种材料能够在较宽的频带范围和复杂恶劣的应用条件下具有良好的微波吸收效果，同时兼具相对低廉的制造成本和简单的制备工艺。
当前对传统微波吸收材料的研究主要集中在碳纤维、碳化硅及纤维等电损耗型吸波材料和铁氧体等磁损耗型吸波材料上。上述电损耗型材料自身的吸波性能较差，均需要通过成分和工艺控制以获得较好的微波吸收性能。以碳化硅材料为例，如文献报道[罗发，周万城，焦恒，赵东林.“高温吸波材料研究现状.”宇航材料工艺.2000.(1).8-11]日本通过利用提纯的方法，获得纯度极高，几乎不含任何杂质的碳化硅原料，该材料具有较宽的吸波频带和吸波性能，但该方法工艺极其复杂，制造成本较高。而对于碳化硅纤维，如文献报道[宋永才，陆逸，冯春祥.“具有微波吸收性能的掺混型碳化硅纤维的研制.”功能材料.1997.28(6).619]采用掺混型碳化硅纤维的三层结构材料，可获得在8-12GHz范围内微波衰减为-12dB以上的吸波效果，但最大缺点同样是成本较高且工艺复杂。至于铁氧体等磁损耗型吸波材料[Amin M B，James J R.“Techniques for utilizationof hexagonal ferrites in radar absorbers.”The Radar and Electronic Engineer.1981.57(5).209-214]，虽然电磁波易于进入材料内部并快速衰减而被应用于微波吸收领域，但由于其密度大，温度稳定性较差，因此限制了它的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于针对上述材料微波吸收性能的不足和制备方法的复杂及成本偏高，从性能、成本和工艺等角度的综合考虑出发，选用价格相对低廉的碳化硅和碳颗粒粉料，借助无压烧结的方法制备碳化硅-碳微波复合材料。本发明是通过成分和工艺优化，获得在微波使用领域最为广泛的X波段(8-12GHz)内，具有良好吸波性能的电阻型复合吸波陶瓷，并大幅降低碳化硅类吸波材料的制造成本，拓宽其应用范围。
具体地说(1)一种微波吸收复合材料，其特征由SiC和C或石墨为基体材料，其中C或石墨为总含量的1-20wt％；(2)所述的微波吸收复合材料在8-12.4GHz的X波段内微波衰减值最大为-40db，在整个X波段内微波衰减值均超过-20db；(3)所述的微波吸收复合材料的方法的工艺步骤是(a)以粒径为0.1-10μm的碳化硅颗粒粉末，及粒径为0.1-10μm的C或石墨颗粒粉末为起始粉料，并通过添加烧结助剂，并加入粘结剂，借助球磨混合获得复合粉料备用，其中C或石墨含量为复合粉末总含量的1-20wt％；(b)将步骤(a)制备好的复合粉料干压成型后，通过保护气氛下无压烧结工艺或热压方式烧结；(4)所述的微波吸收复合材料的制备方法中的烧结助剂为SiC基陶瓷常用的烧结助剂，如Al2O3或B4C，加入量为基体材料的0.5-2wt％；(5)所述的微波吸收复合材料的制备方法中的粘结剂为酚醛树脂，加入量为5-15wt％；(6)所述的微波吸收复合材料的制备方法中无压烧结温度为1800-2250℃，保护气氛为氩气或真空；(7)所述的微波吸收复合材料的制备方法中热压烧结温度为1700-2050℃，压力为20-40MPa；保护气氛为氩气或真空。
本发明主要有以下几方面的特点(1)微波衰减值高一个22.86×10.16×12mm3的材料，在X波段内的采用波导法测定的最大微波衰减值达到-40db(分贝)。远远高于文献报道的碳化硅及碳类材料的微波衰减。
(2)衰减频带宽上述材料在整个X波段内采用波导法测定的微波衰减值均超过-20db，即在X波段内属于全频高衰减。
(3)工艺简单，制备成本低选用普通的碳化硅和碳即可，而且只需要采用无压或热压烧结等手段即可加工完成。
(4)性价比高制备工艺和成本远低于碳化硅纤维类微波吸收材料，也远低于其它具有高微波吸收性能的材料；同时微波衰减性能也高于或近似于报道的上述材料。
(5)适用范围广与铁氧体等磁损耗型吸波材料相比，其密度低，高温性能好，可适用于铁氧体类材料无法胜任的微波吸收领域。
图面说明
图1为实施1所述的材料在X波段下不同厚度材料微波衰减值的变化规律。
图1中横坐标是微波频率，单位是GHz，纵坐标是微波衰减值，单位为-dB，三条曲线分别代表着厚度为4、8、12mm材料的微波衰减性能。
具体实施例方式
以下以某一具体实例，对本发明作进一步说明实施例1工艺步骤是(1)基体粉料选择为D50＝0.2-2μm的β-SiC颗粒粉末，其纯度应大于95wt％，及D50＝0.5-5μm的石墨C颗粒粉末，并添加0.5-2wt％的烧结助剂。如BAC或Al2O3，加入量为碳化硅-碳基体的0.5-2wt％，即外加行λ加λ。其中C或石墨含量为复合粉末总含量的1-20wt％。
(2)配制好的粉料以酒精为溶剂在球磨机上混合24小时后，添加5-15vol％酚醛树脂溶液作为粘结剂，并再混合5小时后，取出烘干、研磨，并过60目筛备用。
(3)复合粉料在平板硫化机上压制成型，成型压力约20MPa，保压20s，并借助高温烧结炉Ar保护下在1800-2250℃下烧结。
(4)烧结后的材料，用排水法对其密度进行测定，密度范围为1.6-3.2g/cm3。
(5)烧结后的材料，用两电极法对其电阻进行测定，并计算出相应的电阻率为100-104Ω·cm左右。
(6)烧结后的材料被加工成22.86×10.16×2mm3的尺寸，用波导法，并借助HP8722ES矢量网络分析仪对其在X波段(8-12.4GHz)的介电常数的实部ε′和介质损耗角正切tgδ进行测定，测定介电常数实部范围为1-200，介电损耗角正切值为1-50之间。
(7)烧结后的材料被加工成22.86×10.16mm2的截面积，厚度分别为4、8和12mm，用波导法，并借助Wiltron 54169A标量网络分析仪对其在X波段(8-12.4GHz)的微波衰减值进行测定，测定的结果以分贝(dB)的形式表现。如图1所示。微波衰减值最大为-40db，在整个X波段内微波衰减值均超过-20db，是一个较理想的微波吸收材料。
实施例2采用热压方式进行烧结，烧结温度为1700-2050℃，压力为20-40MPa，其他如实施例1，其微波性能如图1所示。
权利要求
1.一种微波吸收复合材料，其特征由SiC和C或石墨为基体材料，其中C或石墨为总含量的1-20wt％。
2.按权利要求1所述的微波吸收复合材料，其特征在于所述的材料在8-12.4GHz的X波段内微波衰减值最大为-40db，在整个X波段内微波衰减值均超过-20db。
3.制备如权利要求1所述的微波吸收复合材料的方法，其特征在于工艺步骤是(a)以粒径为0.1-10μm的碳化硅颗粒粉末，及粒径为0.1-10μm的C或石墨颗粒粉末为起始粉料，并通过添加烧结助剂，并加入粘结剂，借助球磨混合获得复合粉料备用，其中C或石墨含量为复合粉末总含量的1-20wt％；(b)将步骤(a)制备好的复合粉料干压成型后，通过保护气氛下无压烧结工艺或热压方式烧结。
4.按权利要求3所述的微波吸收复合材料的制备方法，其特征在于所述的烧结助剂为SiC基陶瓷常用的烧结助剂，如Al2O3或B4C，加入量为基体材料的0.5-2wt％。
5.按权利要求3所述的微波吸收复合材料的制备方法，其特征在于所述的粘结剂为酚醛树脂，加入量为5-15wt％。
6.按权利要求3所述的微波吸收复合材料的制备方法，其特征在于无压烧结温度为1800-2250℃，保护气氛为氩气或真空。
7.按权利要求3所述的微波吸收复合材料的制备方法，其特征在于热压烧结温度为1700-2050℃，压力为20-40MPa；保护气氛为氩气或真空。
全文摘要
本发明涉及一种以碳化硅和碳为基体材料的微波吸收复合材料及其制备方法。具体工艺为基体粉料选择粒径0.1－10μm的碳化硅颗粒粉末，及粒径为0.1－10μm的石墨C颗粒粉末，其中C或石墨含量为复合粉末总含量的1－20wt％；制备好的复合粉料在成型后，在1700－2250℃下烧结。烧结后的复合材料主要具有以下性能密度范围为1.6－3.2cm
文档编号C04B35/622GK1793039SQ20051011008
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月7日 优先权日2005年11月7日
发明者谭寿洪, 周泽华, 江东亮 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所