[發(fā)明專利]吸波型SiBCN納米纖維及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112851359B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 李達鑫;陳慶慶;賈德昌;楊治華;蔡德龍;周玉;高巍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10;C04B35/58;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理有限公司 11473
• 代理人: 萬娟

本發(fā)明提供了一種吸波型SiBCN納米纖維及其制備方法，屬于陶瓷吸波材料技術領域。所述吸波型SiBCN納米纖維微觀相結構由碳化硅相、自由碳相和硅硼碳氮非晶基體相組成，所述碳化硅相和所述自由碳相分散在所述硅硼碳氮非晶基體相中。本發(fā)明的SiBCN納米纖維中的SiBCN非晶基體相為電絕緣基體，具有優(yōu)異的透波性能，而SiC相和自由碳相具有良好的介電性能，可改善SiBCN納米纖維與自由空間之間的阻抗失配，使得入射的電磁波會盡可能多地由空氣介質滲透到SiBCN納米纖維中，并轉化為內部能量。而且均勻分布在電絕緣基體中的由SiC相和自由碳相組成的導電相可以進一步調節(jié)材料的介電常數(shù)，引起較高的介電損耗以增強SiBCN納米纖維的電磁波吸收能力。

技術領域

本發(fā)明涉及陶瓷吸波材料技術領域，特別涉及一種吸波型SiBCN納米纖維及其制備方法。

背景技術

隨著現(xiàn)代電子通信的飛速發(fā)展，不但提供了基本的通訊保障，也逐步實現(xiàn)了信息的快速傳遞。隨之產生的電磁輻射和干擾，使得空間電磁環(huán)境日趨復雜，電磁污染已經成為人們實際生活中日益關注的話題和熱點問題。日常家用電器、移動電話、計算機和電子設備都會生大量的電磁波輻射，使得電磁波吸收材料受到越來越多的關注。

傳統(tǒng)型吸波材料主要包括鐵氧體、金屬合金、石墨等，具有較高的吸波強度，但其吸收頻帶不寬和密度較大，尤其是鐵氧體和金屬合金類吸波材料由于密度大的原因限制了其在該領域的進一步發(fā)展。近年來，隨著對如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)等聚合物衍生陶瓷的深入研究，發(fā)現(xiàn)它們具有優(yōu)異的高溫半導體性能和壓阻特性，在吸波材料中具有潛在的應用價值，顯示出用作微波吸收劑的前景。但是上述聚合物衍生陶瓷在微波吸收方面性能不佳，通過聚合物前驅體的分子結構設計、摻雜元素的引入、高介電分散相的引入和熱解過程的調節(jié)等，有望合成具有高微波吸收特性的聚合物衍生陶瓷。

硅硼碳氮(SiBCN)陶瓷具有輕質、低熱膨脹系數(shù)、高硬度、高模量、耐腐蝕及優(yōu)異的耐高溫、抗氧化和抗蠕變等性能，是重要的超高溫陶瓷系統(tǒng)，廣泛應用于高溫發(fā)動機、渦輪機、原子反應堆壁、高溫傳感器、催化劑熱交換 系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、熱保護系統(tǒng)及航空航天等裝置和高技術領域。由于其優(yōu)良的性能使得SiBCN陶瓷在用于制備嚴苛環(huán)境中使用的吸波材料的研究中越來越受到人們的重視。但是，目前的SiBCN陶瓷有效吸收帶寬相對較窄，電磁波衰減系數(shù)低，使其在微波吸收劑領域的發(fā)展受到很大程度的限制，其電磁波吸收性能仍有待提高。

發(fā)明內容

針對以上現(xiàn)有技術中SiBCN陶瓷電磁波吸收性能不佳的問題，本發(fā)明提供了一種吸波型SiBCN納米纖維，并進一步提供了該吸波型SiBCN納米纖維的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種吸波型SiBCN納米纖維，微觀相結構由碳化硅相、自由碳相和硅硼碳氮非晶基體相組成，所述碳化硅相和所述自由碳相分散在所述硅硼碳氮非晶基體相中。

進一步地，按質量百分比計，所述碳化硅相占比10-50％，所述自由碳相占比20-30％，所述硅硼碳氮非晶基體相占比20-70％。

進一步地，所述碳化硅相占比30％，所述自由碳相占比20％，所述硅硼碳氮非晶基體非晶基體相占比50％。

進一步地，所述SiBCN納米纖維的直徑為100-500nm。

另外，本發(fā)明提供了如上所述的吸波型SiBCN納米纖維的制備方法，包括以下步驟：

S1、在惰性氛圍下，將聚硅硼氮烷膠狀固體溶于無水二氯甲烷中，超聲分散后靜置，得到靜電紡絲用的紡絲溶液；

S2、將步驟S1的所述紡絲溶液注入靜電紡絲設備中進行靜電紡絲，得到聚硅硼氮烷紡絲纖維；

S3、在惰性氛圍下，將步驟S2的所述聚硅硼氮烷紡絲纖維從室溫升溫至 150-250℃并保溫，進行固化交聯(lián)；