本发明属于陶瓷基复合材料，涉及一种基于3d打印制备的结构吸波一体化陶瓷基复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、随着科学技术的发展，在通信行业和军事工业的创新驱动背景下，吸波材料逐渐在航空航天、能源环境中发挥关键作用。其中结构吸波材料由于兼具承载和吸波功能而受到越来越多的重视。然而针对在高温下抑制雷达波、提高隐身能力的场合下，目前常用的常温吸波材料难以满足高温吸波需求。在高温环境下，电磁吸波主要依赖介电损耗，而陶瓷基复合材料具有优异的高温力学性能和介电性能可调的优势，成为极具潜力的高温吸波结构材料。
2、专利号cn109020588b公开了一种耐高温结构吸波型陶瓷基复合材料的快速制备方法，采用si+rmi工艺制备了以sic纤维为增强体的吸波型陶瓷基复合材料。zhaowen ren等（zhaowen ren, j eur ceram soc, 2022, 42: 4723-4734）采用pip工艺制备了结构吸波一体化的al2o3改性sicf/sic复合材料。但这些材料存在电磁波吸收能力不足或是吸波频带窄等问题。仅依靠材料本身的电磁参数难以实现宽频吸波，将宏观周期结构同微观结构设计相结合是制备高性能吸波陶瓷基复合材料的有效途径。
3、3d打印技术具有可设计性强、可加工精度高等特点，可以快速制备复杂周期结构。siwen yu等（siwen yu, chem. eng. j., 2024, 483, 149185）采用光固化增材制造技术制备了具有周期结构的pdcs-sic/si3n4复合材料，具有良好的吸波性能，其吸收带宽为11.12 ghz。但该研究缺乏对材料力学性能的进一步探索。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于3d打印制备的结构吸波一体化陶瓷基复合材料及其制备方法。
2、一方面，本发明提供了一种基于3d打印制备的结构吸波一体化陶瓷基复合材料的制备方法，包括：
3、（1）将短切碳化硅纤维、分散剂、粘结剂、催化剂及溶剂混合均匀，得到短切碳化硅纤维浆料；
4、（2）利用3d打印设备将所得短切碳化硅纤维浆料周期性阵列排布打印成型，经干燥、排胶后得到具有周期结构的碳化硅纤维预制体；
5、（3）采用第一次化学气相渗透工艺（cvi）利用浆料中引入的催化剂诱导碳化硅纳米线在纤维预制体的纤维表面原位生长，然后采用第二次化学气相渗透工艺在碳化硅纳米线表面沉积bn界面相，形成sic/bn核壳结构纳米线；
6、（4）将碳化硅纤维预制体浸渍于聚氮硅烷前驱体中，经固化、裂解，在预制体中引入si3n4陶瓷基体；
7、（5）重复步骤（4）中的浸渍-固化-裂解5～10次，实现复合材料致密化，得到所述结构吸波一体化陶瓷基复合材料。
8、本发明中，利用3d打印技术构建宏观点阵周期结构以及前驱体浸渍-裂解工艺（pip）引入透波基体相（si3n4）调控复合材料的等效电磁参数，提升材料的阻抗匹配程度从而提高电磁波入射能力。利用短切碳化硅纤维与电磁波的谐振效应、sic/bn纳米线多重散射损耗机制以及核壳结构产生的异质结增强复合材料的介电损耗能力。此外，短切碳化硅纤维以及原位生长的碳化硅纳米线还可以作为增韧相改善复合材料力学性能，最终综合提升复合材料承载-吸波性能。
9、较佳地，步骤（1）中，所述短切碳化硅纤维的平均长度为0.05～1 mm，直径为1～20 μm；
10、所述短切碳化硅纤维浆料中短切碳化硅纤维的质量分数为30～70 wt%；
11、所述短切碳化硅纤维浆料的粘度为5～500 pa·s。
12、较佳地，步骤（1）中，所述分散剂为蓖麻油、鱼油、甲基纤维素中的至少一种；所述分散剂的加入量为短切碳化硅纤维质量的0.5～5%。
13、较佳地，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯缩丁醛、聚氯乙烯、聚异丁烯中的至少一种；所述粘结剂的加入量为短切碳化硅纤维质量的0.5～5%。
14、较佳地，所述催化剂为六水合硝酸镍、六水合硝酸钴、六水合硝酸铁中的至少一种；所述催化剂的浓度为0.01～0.1 mol/l；所述催化剂的加入量为短切碳化硅纤维质量的0.01～0.05%。
15、较佳地，所述溶剂为乙醇、乙二醇、丙醇中的至少一种。
16、较佳地，步骤（2）中，3d打印成型的参数包括：打印压力为0.1～0.5 mpa，打印速度为0.5～5 mm/s，针头直径为0.2～1.0 mm。
17、较佳地，步骤（2）中，所述碳化硅纤维预制体的周期结构单元为方形，周期结构单元的尺寸为1～5 mm，层高0.1～0.8 mm。
18、较佳地，步骤（2）中，所述干燥的温度为60～150℃，时间为0.5～5h；
19、所述排胶的温度为600～800℃，时间为0.5～5 h。
20、较佳地，步骤（3）中，所述第一次化学气相渗透工艺的参数包括：以甲基三氯硅烷为原料，沉积温度为700～1300℃，沉积时间为0.5～5 h，沉积压力为2～8 kpa；
21、所述第二次化学气相渗透工艺的参数包括：以三氯化硼为硼源，以氨气为氮源，沉积温度为700～1300℃，沉积时间为0.5～5 h，沉积压力为2～8 kpa。
22、较佳地，步骤（3）中，纤维预制体表面原位生长的碳化硅纳米线的直径为10～500nm，长度为1～50 μm；
23、所述bn界面相的厚度为5～100 nm。
24、较佳地，步骤（4）中，所述浸渍的方式为超声浸渍、振动浸渍、负压浸渍中的至少一种；
25、所述固化的温度为80～300 ℃，时间为0.5～5 h；
26、所述裂解的温度为500～1000℃，时间为0.5～5 h。
27、另一方面，本发明提供了一种根据上述制备方法制备的结构吸波一体化陶瓷基复合材料，所述结构吸波一体化陶瓷基复合材料中，所述短切碳化硅纤维的体积分数为20～50 %，碳化硅纳米线的体积分数为2～8 %，si3n4陶瓷基体的体积分数为30～60 %，开口孔隙率为10～30 %。
28、较佳地，所述结构吸波一体化陶瓷基复合材料的抗弯强度为300～420 mpa，最大反射系数-14～-22 db。
29、有益效果
30、本发明中，通过构建宏观周期结构以及引入透波基体相（si3n4）改善复合材料阻抗匹配，从而提高电磁波入射能力。利用短切碳化硅纤维与电磁波的谐振效应、sic/bn纳米线多重散射损耗机制以及核壳结构产生的异质结增强复合材料的介电损耗能力。此外，短切碳化硅纤维以及原位生长的碳化硅纳米线还可以作为增韧相改善复合材料力学性能，从而实现陶瓷基复合材料结构吸波一体化。
1.一种基于3d打印制备的结构吸波一体化陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述短切碳化硅纤维的平均长度为0.05～1 mm，直径为1～20 μm；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述分散剂为蓖麻油、鱼油、甲基纤维素中的至少一种；所述分散剂的加入量为短切碳化硅纤维质量的0.5～5%；
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述3d打印成型的参数包括：打印压力为0.1～0.5 mpa，打印速度为0.5～5 mm/s，针头直径为0.2～1.0 mm。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碳化硅纤维预制体的周期结构单元为方形，周期结构单元的尺寸为1～5 mm，层高0.1～0.8 mm。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述干燥的温度为60～150℃，时间为0.5～5 h；
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述第一次化学气相渗透工艺的参数包括：以甲基三氯硅烷为原料，沉积温度为700～1300℃，沉积时间为0.5～5h，沉积压力为2～8 kpa；
8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，纤维预制体表面原位生长的碳化硅纳米线的直径为10～500 nm，长度为1～50 μm；
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述浸渍的方式为超声浸渍、振动浸渍、负压浸渍中的至少一种；
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备的结构吸波一体化陶瓷基复合材料，其特征在于，所述结构吸波一体化陶瓷基复合材料中，所述短切碳化硅纤维的体积分数为20～50 %，碳化硅纳米线的体积分数为2～8 %，si3n4陶瓷基体的体积分数为30～60%，开口孔隙率为10～30 %；