[發明專利]一種多層結構的改性碳纖維-莫來石陶瓷吸波材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210855054.0
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115196951B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 龍蘭;周偉
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: C04B35/185
• 分類號: C04B35/185;C04B35/80;C04B35/622;C04B35/628
• 代理公司: 長沙沐風知識產權代理事務所(普通合伙) 43278
• 代理人: 趙進

本發明公開了一種多層結構的改性碳纖維?莫來石陶瓷吸波材料及其制備方法，先在碳纖維表面制備SiC涂層，然后采用熔鹽法使得SiC與稀土金屬粉末R反應，在碳纖維表面原位制備三元R₃Si₂C₂涂層，從而改善碳纖維吸波性能，同時提高了纖維與基體的結合性能，并為碳纖維提供了高溫抗氧化屏障；最后采用多次凝膠注模?R₃Si₂C₂改性碳纖維鋪層?固化成型工藝在莫來石陶瓷基體夾層中引入R₃Si₂C₂改性碳纖維，且R₃Si₂C₂改性碳纖維鋪層的質量從下到上依次梯度遞減，構建了類似“夾心餅干”的多層結構的改性碳纖維?莫來石陶瓷吸波材料，具有優異的耐高溫吸波性能。

技術領域

本發明屬于吸波材料技術領域，具體涉及一種多層結構的改性碳纖維-莫來石陶瓷吸波材料及其制備方法。

背景技術

隨著電子設備的高速發展和廣泛應用，產生的電磁干擾和輻射污染會影響電子設備的正常運行乃至危害人體健康。目前，使用吸波材料是消除電磁污染重要的手段之一，因此，高性能的電磁波吸收材料受到高度關注。文獻報導的電磁吸波材料主要有金屬基復合材料、聚合物基復合材料和陶瓷基復合材料。然而，金屬和聚合物基復合材料在高溫下將導致材料強度降低、被氧化或被腐蝕。陶瓷基輕質、熱化學性能穩定，具有優異的高溫強度，被認為是最有希望的高溫電磁波吸收候選材料。

基體的高溫穩定性、透波性，吸波功能相的電磁損耗特性以及高溫性能，是耐高溫吸波材料需要考慮的兩大決定性因素。莫來石陶瓷屬于氧化物陶瓷，具有優異的耐高溫抗氧化性能，同時具有低的介電特性，介電常數的實部范圍5.5～6.3，虛部范圍0～0.5，通常表現出與自由空間良好的阻抗匹配，即透波性良好，在莫來石陶瓷中摻加吸波劑，能實現電磁波盡可能多的入射從而被吸收。

近年來，碳纖維、碳化硅纖維等纖維吸波材料由于密度低、力學性能優異、電阻可調等優點，被廣泛應用于輕質、高強度的高性能電磁波吸收材料中。特別是具有高導電和高電磁損耗特性的碳纖維，在電磁波吸收材料中的應用越來越受到關注。然而，碳纖維電阻率較低，是雷達波的強反射體，且易被氧化，限制了其在吸波材料中的應用范圍。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供了一種多層結構的改性碳纖維-莫來石陶瓷吸波材料及其制備方法，通過在碳纖維表面原位制備三元R₃Si₂C₂陶瓷層(其中R為稀土元素)，從而顯著改善碳纖維吸波性能，提高了纖維與莫來石陶瓷基體的結合性能，為碳纖維提供了高溫抗氧化屏障，具有優異的耐高溫吸波性能。

為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種多層結構的改性碳纖維-莫來石陶瓷吸波材料，包括莫來石基體層和 R₃Si₂C₂改性碳纖維夾層，莫來石基體層的層數至少為兩層，在相鄰莫來石基體層之間均設置有R₃Si₂C₂改性碳纖維夾層，其中R為稀土元素。

優選的，所述莫來石基體層的層數為3-5層，單層的莫來石基體層的質量均相同，單層的R₃Si₂C₂改性碳纖維夾層的質量從下到上依次梯度遞減，遞減的質量梯度為40-60wt.％，單層的R₃Si₂C₂改性碳纖維夾層的質量占單層的莫來石基體層的質量的0.5-5wt.％。

優選的，R為Sc、Y、Pr、Sm、Gd、Tb、Er、Tm和Yb中的至少一種。

本發明還提供了上述多層結構的改性碳纖維-莫來石陶瓷吸波材料的制備方法，包括如下步驟：