一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料及其制备方法和应用

1.本发明属于材料工程技术领域，具体涉及一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着高精尖探测技术的快速发展，采用多频段探测技术的侦察设备对目标的辨识能力、动态感知能力迅速提高。隐身能力成为保障人员和武器装备等免遭精确制导武器打击的关键，越来越受到世界各国的高度重视。红外光和雷达侦查设备目前在军事战场上应用广泛，且两种侦查设备经常同时使用，这就对隐身材料提出了红外和雷达双重隐身的要求。
3.红外隐身材料分为控制发射率和控制温度两类，其中控制温度类是通过隔热或吸热材料，降低目标表面温度，降低目标的红外可探测性。相变材料相变过程发生在一个窄的温度区间内，温度高于相变温度时吸收热量，降低材料升温速率；温度低于相变温度时释放热量，降低材料降温速率；使材料温度维持在一个稳定的区域，从而增强红外隐身性能。然而，相变物质熔化后存在易泄露的问题。雷达隐身是采用对电磁波具有高吸收、低反射特性的材料，主要是通过将电磁能转化为热能或其他形式的能耗散掉，减少电磁波的反射及透射。理想的吸波材料应该具备厚度薄、质量轻、吸收频带宽、吸收能力强的特点，此外为了满足一些特殊情况的使用，还需具备一定的力学强度、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等特点。但是，单一材料往往难以同时满足红外隐身和雷达隐身的需求。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料及其制备方法，解决相变物质熔化后易泄露以及单一材料难以同时满足红外和雷达双隐身需求的技术问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明公开了一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料，以质量百分比计，由0.9％～15.5％的碳化硅、78.5％～98.3％的相变物质和0.8％～6％的微波吸收材料制成。
7.优选地，所述碳化硅为三维联通网络结构的碳化硅纳米线气凝胶。
8.优选地，所述相变物质为硬脂酸、石蜡、聚乙二醇、硝酸钠和硝酸钾的任意一种或几种混合而成。
9.优选地，所述微波吸收材料为碳材料和四氧化三铁中的任意一种或两种混合而成。
10.本发明还公开了上述的碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的制备方法，包括以下步骤：
11.1)通过化学气相沉积工艺，在碳化硅纳米线气凝胶表面沉积微波吸收材料，得到
微波吸收材料包覆碳化硅气凝胶；
12.2)向步骤1)制得的微波吸收材料包覆碳化硅气凝胶中加入相变物质，加热至相变物质完全融化，再通过真空反应得到碳化硅气凝胶基复合相变储能材料。
13.优选地，步骤1)中，是以甲烷为碳源、氢气为载气进行化学气相沉积工艺。
14.优选地，步骤1)中，沉积温度为950～1250℃，沉积时间为5～24小时。
15.优选地，步骤1)中，通过水热反应将碳化硅纳米线气凝胶与微波吸收材料复合，抽滤干燥后得到微波吸收材料包覆碳化硅气凝胶。
16.优选地，水热反应的温度为175～225℃，水热反应的时间为24～48小时。
17.本发明还公开了上述的碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料在红外雷达双隐身材料中的应用，使用时，将材料加工为薄片状，夹层在布料中空部位，制成相变红外隐身-吸波雷达隐身的双隐身衣服或覆盖物。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明公开的一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料，采用具有电磁波吸收特性的多孔基体来装载相变物质，其中碳化硅气凝胶基体具有电磁波吸收吸能，实现雷达隐身，而相变物质可对热能响应，实现红外隐身，从而实现红外雷达双隐身需求。其成分中的基体碳化硅纳米线气凝胶具有超低密度和超高气孔率，与常用的多孔基体相比，相变物质装载量更高，可达95％以上，将相变物质装载在碳化硅气凝胶内构成的复合材料，与相变物质和吸波材料粉末构成的复合材料相比，具有更高的尺寸稳定性，可有效避免相变物质熔化后易泄露的问题。
20.进一步的，碳化硅气凝胶由三维联通网络结构的碳化硅纳米线构成，具有维持自身形状和一定的变形能力，可适应相变物质相变过程中的体积膨胀，并满足衣服或覆盖物等的应用需求；碳化硅气凝胶的耐高温和耐腐蚀特性可满足一定程度的高温使用需求。
21.本发明公开的一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的制备方法，采用具有电磁波吸收特性的碳化硅气凝胶装载相变物质构成的复合材料，通过包覆微波吸收材料可以进一步提升雷达隐身能力；碳化硅气凝胶的超高孔隙率，可装载大量相变物质，从而增强红外隐身能力；通过微波吸收材料包覆的碳化硅气凝胶装载相变物质，达到红外雷达双隐身功能。碳化硅气凝胶优良的变性能力，可以满足衣服或覆盖物等应用需求；此外，碳化硅优良的耐高温特性，可适应材料在高温领域的应用。
22.本发明制得的碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料应用于红外雷达双隐身材料中，使用时，将材料加工为薄片状，夹层在布料中空部位，得到相变红外隐身-吸波雷达隐身的双隐身衣服或覆盖物。
附图说明
23.图1为本发明实施例1制备的碳包覆碳化硅气凝胶的扫描电镜图；
24.图2为本发明实施例1制备的碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的扫描电镜图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是
本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
28.本发明所用的碳化硅气凝胶是采用zl201811626203.6发明专利所公开的技术制备的，制备方法为：
29.以硅氧烷、水、乙醇按一定质量比制备溶胶，采用抽滤方法，将溶胶浸入短切碳纤维相互搭接成多孔三维骨架；将多孔三维骨架于空气中加热至硅氧烷溶胶的固化温度，保温处理，再于氩气保护气氛中升温至1200～1700℃，保温一定时间；将热解后的三维骨架于空气中加热至400～1000℃，保温一定时间，获得碳化硅气凝胶。
30.实施例1
31.一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的制备方法，包括如下步骤：
32.1)将0.025g气相合成法制备的碳化硅气凝胶加入真空管式炉中，以甲烷为碳源、氢气为载气，采用化学气相沉积工艺在碳化硅纳米线表面沉积碳层，沉积温度为1100℃，沉积时间为5小时，得到了碳包覆碳化硅气凝胶；
33.2)将0.030g碳包覆碳化硅气凝胶放入真空容器，加入5g硬脂酸，将真空容器放在加热台上加热到90℃，待硬脂酸完全融化，使用真空泵抽真空，保持1小时，其间每隔5分钟恢复一次常压后继续抽真空，碳化硅气凝胶孔隙完全被硬脂酸填满，将装满硬脂酸液体的碳化硅气凝胶取出，放置在室温下冷却，获得碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料。
34.参见图1为本实施例1制得的碳包覆碳化硅气凝胶的扫描电镜图，图中呈现出核壳结构，碳化硅纳米线表面较粗糙，为碳包覆结果。
35.参见图2为本实施例1制得的碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的扫描电镜图，从图中可见碳化硅纳米线穿插在硬脂酸相变物质中，样品电磁波吸收宽度为3～18ghz，最小吸收强度为-45db；通过红外成像仪测试显示，在60℃下样品具有明显的红外隐身效果。
36.实施例2
37.一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的制备方法，包括如下步骤：
38.1)将0.05g气相合成法制备的碳化硅气凝胶加入60ml无水乙醇中，然后加入0.25g乙酰丙酮铁和0.25g聚乙烯吡咯烷酮，将悬浮液转移至100ml的水热釜中，在220℃下水热反应24小时，将水热反应产物抽滤洗涤后，在真空烘箱100℃干燥，得到四氧化三铁包覆碳化硅气凝胶；
39.2)将0.065g四氧化三铁包覆碳化硅气凝胶放入真空容器，加入5g硬脂酸，将真空容器放在加热台上加热到90℃，待硬脂酸完全融化，使用真空泵抽真空，保持1小时，其间每
隔5分钟恢复一次常压后继续抽真空，碳化硅气凝胶孔隙完全被硬脂酸填满，将装满硬脂酸液体的碳化硅气凝胶取出，放置在室温下冷却，获得碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料，样品电磁波吸收宽度为2～18ghz，最小吸收强度为-40db；通过红外成像仪测试显示，在60℃下样品具有明显的红外隐身效果。
40.实施例3
41.一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的制备方法，包括如下步骤：
42.1)将0.1g气相合成法制备的碳化硅气凝胶加入真空管式炉中，以甲烷为碳源、氢气为载气，采用化学气相沉积工艺在碳化硅纳米线表面沉积碳层，沉积温度为1000℃，沉积时间为2小时，得到了碳包覆碳化硅气凝胶；
43.2)将0.15g碳包覆碳化硅气凝胶放入真空容器，加入5g石蜡，将真空容器放在加热台上加热到100℃，待石蜡完全融化，使用真空泵抽真空，保持1小时，其间每隔5分钟恢复一次常压后继续抽真空，碳化硅气凝胶孔隙完全被石蜡填满，将装满石蜡液体的碳化硅气凝胶取出，放置在室温下冷却，获得碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料。样品电磁波吸收宽度为5～18ghz内都能达到-10db以下的吸收效率；通过红外成像仪测试显示，在60℃下样品具有明显的红外隐身效果。
44.实施例4
45.一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的制备方法，包括如下步骤：
46.1)将0.2g气相合成法制备的碳化硅气凝胶加入100ml无水乙醇中，然后加入0.5g乙酰丙酮铁和0.5g聚乙烯吡咯烷酮，将悬浮液转移至100ml的水热釜中，在200℃下水热反应13小时，将水热反应产物抽滤洗涤后，在真空烘箱100℃干燥，得到四氧化三铁包覆碳化硅气凝胶；
47.2)将0.35g碳化硅气凝胶放入真空容器，加入2g聚乙二醇，将真空容器放在加热台上加热到80℃，待聚乙二醇完全融化，使用真空泵抽真空，保持1小时，其间每隔5分钟恢复一次常压后继续抽真空，碳化硅气凝胶孔隙完全被聚乙二醇填满，将装满聚乙二醇液体的碳化硅气凝胶取出，放置在室温下冷却，获得碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料。样品电磁波吸收宽度为3～18ghz，最小吸收强度为-42db；通过红外成像仪测试显示，在30℃下样品具有明显的红外隐身效果。
48.实施例5
49.一种碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料的制备方法，包括如下步骤：
50.1)将0.5g气相合成法制备的碳化硅气凝胶加入真空管式炉中，以甲烷为碳源、氢气为载气，采用化学气相沉积工艺在碳化硅纳米线表面沉积碳层，沉积温度为1000℃，沉积时间为3小时，得到了碳包覆碳化硅气凝胶；
51.2)将0.75g碳化硅气凝胶放入真空容器，加入5g石蜡，将真空容器放在加热台上加热到120℃，待石蜡完全融化，使用真空泵抽真空，保持1小时，其间每隔5分钟恢复一次常压后继续抽真空，碳化硅气凝胶孔隙完全被石蜡填满，将装满石蜡液体的碳化硅气凝胶取出，放置在室温下冷却，获得碳化硅气凝胶基红外雷达双隐身材料。样品电磁波吸收宽度为4～18ghz内都能达到-10db以下的吸收效率；通过红外成像仪测试显示，在60℃下样品具有明显的红外隐身效果。
52.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按
照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。