CN102718576B - 具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，包括介质陶瓷材料构成的介质基层，介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，贴片排列成矩阵式结构并构成雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。该雷达吸波陶瓷的制备方法包括：准备介质陶瓷材料制成的介质基板，同时置备玻璃相粉体和锰酸锶镧粉体，将锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体混合，加入有机溶剂进行球磨，得电阻浆料并调节其黏度；将制得的电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在介质基板上，经过流平、烘干、升温和保温步骤后，自然降温得到雷达吸波陶瓷。本发明的雷达吸波陶瓷宽频吸波性能高且防热功能好。

Description

具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于吸波材料领域，具体涉及一种雷达吸波陶瓷及其制备方法。

背景技术

目前研制的雷达吸波陶瓷材料主要以陶瓷微粉为雷达吸收剂，采用热压工艺制备而成，如Si/C/N陶瓷颗粒增强LAS玻璃、莫来石、Si₃N₄等陶瓷材料。但是，这类吸波材料的工作带宽很窄，除非增加材料的厚度。近年来，随着超材料技术的出现，较薄的吸波材料有望实现宽频吸收。具有钙钛矿结构的氧化物锰酸镧，在较宽的温度范围内，相结构和化学性能具有良好的稳定性，其导电性能可通过掺杂调节，满足吸波材料需要的可设计性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种宽频吸波性能高且防热功能好的具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，同时，本发明还提供一种具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，所述雷达吸波陶瓷包括介质陶瓷材料构成的介质基层，所述介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，所述的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片排列成矩阵式结构并构成所述雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。

上述的技术方案中，所述锰酸锶镧电阻薄膜贴片可以为各种形状，但优选为形状简单的容性图案（例如正方形、十字架形、圆形或圆环形等）。

上述的技术方案中，所述介质陶瓷材料可以为各种常用的耐高温陶瓷材料，但优选为氧化铝陶瓷材料、二氧化锆陶瓷材料、氮化铝陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料及前述陶瓷材料的复合材料。

作为一个总的技术构思，本发明还相应提供一种上述雷达吸波陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

（1）材料准备：准备所述介质陶瓷材料制成的介质基板（优选是在去离子水和丙酮中经超声清洗处理后的介质基板），同时置备玻璃相粉体和分子式为La_1-xSr_xMnO₃的锰酸锶镧粉体，其中，0.1≤x≤0.5； 

（2）制备电阻浆料：将所述锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体按100∶（1～10）质量比混合，在混合后的粉体中加入混合粉体质量20%～300%的有机溶剂，然后进行球磨，球磨后得电阻浆料并通过添加增稠剂调节电阻浆料的黏度；

（3）制备锰酸锶镧容性周期结构阵列：将上述步骤（2）中制备得到的所述电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在所述介质基板上，经过流平、烘干、升温和保温步骤后，自然降温得到雷达吸波陶瓷。

上述雷达吸波陶瓷的制备方法中，所述玻璃相粉体优选为纳米微粉SiO₂、B₂O₃、PbO、CaO、MgO、Al₂O₃中的至少一种。上述雷达吸波陶瓷的制备方法中，所述有机溶剂优选为松油醇、松节油、丁基卡必醇酸脂或邻苯二甲酸二丁酯。

上述雷达吸波陶瓷的制备方法中，所述球磨时球磨机的转速优选为150～250 rpm/min，球磨时间优选为10min～5h。

上述雷达吸波陶瓷的制备方法中，所述调节电阻浆料的黏度优选是指采用增稠剂乙基纤维素将电阻浆料的黏度调节至1×10⁵～10×10⁵mPas。

上述雷达吸波陶瓷的制备方法中，所述流平是在室温下操作，流平时间优选在10min以上。

上述雷达吸波陶瓷的制备方法中，所述烘干时的烘干温度优选为80℃～120℃，烘干时间优选为10h以上。

上述雷达吸波陶瓷的制备方法中，所述升温时的升温速率优选为5～8℃/min，所述保温时的温度范围优选为1000℃～1200℃，所述保温时间优选为4h～10h。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1. 本发明的具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，不仅结构简单，而且厚度相对更薄，吸收频带更宽，并具有集吸波/防热于一体的多重功能和效果。

2. 本发明的雷达吸波陶瓷的制备方法具有原料易得，制备工艺步骤简单，制备成本较低等优点。

附图说明

图1为本发明具体实施例中具有正方形锰酸锶镧电阻薄膜贴片的雷达吸波陶瓷的正视图。

图2为本发明具体实施例中具有正方形锰酸锶镧电阻薄膜贴片的雷达吸波陶瓷的斜视图。

图3为本发明实施例1中基于氧化铝基板、正方形贴片的雷达吸波陶瓷常温反射率曲线图。

图4为本发明具体实施例中具有十字形锰酸锶镧电阻薄膜贴片的雷达吸波陶瓷的正视图。

图5为本发明具体实施例中具有十字形锰酸锶镧电阻薄膜贴片的雷达吸波陶瓷的斜视图。

图6为本发明实施例2中基于氧化铝基板、十字形贴片的雷达吸波陶瓷常温反射率曲线图。

图7为本发明实施例3中基于莫来石基板、正方形贴片的雷达吸波陶瓷常温反射率曲线图。

图8为本发明实施例4中基于莫来石基板、十字形贴片的雷达吸波陶瓷常温反射率曲线图。

图9为本发明实施例5中基于氮化铝基板、正方形贴片的雷达吸波陶瓷常温反射率曲线图。

图10为本发明实施例6中基于氮化铝基板、十字形贴片的雷达吸波陶瓷常温反射率曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

实施例1：

一种如图1和图2所示的具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，包括介质陶瓷材料构成的介质基层，介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片排列成矩阵式结构（基本结构单元周期l为6.5mm）并构成雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。本实施例的雷达吸波陶瓷中，锰酸锶镧电阻薄膜贴片为正方形（边长a为3.7mm）。本实施例中的介质基层是选用氧化铝陶瓷材料制成的Al₂O₃介质基板。

本实施例的雷达吸波陶瓷的制备方法包括以下步骤：

（1）材料准备：选购纯度为99.99%、介电常数为9.8的Al₂O₃陶瓷材料加工成Al₂O₃介质基板，加工后介质基板的尺寸为180mm×180mm×1.7mm，将该介质基板依次在去离子水和丙酮中超声清洗10min，烘干备用；另外置备玻璃相粉体二氧化硅，并选购纯度为99.99%的分子式为La_0.7Sr_0.3MnO₃的锰酸锶镧粉体；

（2）制备电阻浆料：将准备的锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体按100∶2质量比混合，在混合后的粉体中加入与锰酸锶镧粉体等质量的有机溶剂松油醇，然后进行球磨，球磨时球磨机的转速为200rpm/min，球磨时间为1h；球磨后得电阻浆料，用与玻璃相粉体等质量的增稠剂乙基纤维素调节电阻浆料的黏度至150000mPas；

（3）制备锰酸锶镧容性周期结构阵列：将上述步骤（2）中配制好的电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在前述的介质基板上，丝网印刷图形为正方形，该正方形的边长a=3.7mm，基本结构单元周期l=6.5mm（参见图1），室温下流平10min，然后于80℃温度下烘干10h，再以5℃/min的速率升温至1000℃，保温6h后，自然降温，得到雷达吸波陶瓷产品。

经检测，本实施例制得的雷达吸波陶瓷产品中，测得锰酸锶镧电阻膜的方阻约为110Ω/sq。本实施例的雷达吸波陶瓷实测常温反射率曲线如图3，由图3可见，在6GHz～18GHz范围内衰减大于10dB的带宽为9.3GHz。

实施例2：

一种如图4和图5所示的具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，包括介质陶瓷材料构成的介质基层，介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片排列成矩阵式结构（基本结构单元周期h=6.0mm）并构成雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。本实施例的雷达吸波陶瓷中，锰酸锶镧电阻薄膜贴片为十字形（该十字形的远端长度m=4.5mm、宽度n=1.0mm）。本实施例中的介质基层是选用氧化铝陶瓷材料制成的Al₂O₃介质基板。

本实施例的雷达吸波陶瓷的制备方法包括以下步骤：

（1）材料准备：选购纯度为99.99%、介电常数为9.8的Al₂O₃陶瓷材料加工成Al₂O₃介质基板，加工后介质基板的尺寸为180mm×180mm×1.7mm，将该介质基板依次在去离子水和丙酮中超声清洗10min，烘干备用；另外置备玻璃相粉体二氧化硅，并选购纯度为99.99%的分子式为La_0.7Sr_0.3MnO₃的锰酸锶镧粉体；

（2）制备电阻浆料：将准备的锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体按100∶1质量比混合，在混合后的粉体中加入与锰酸锶镧粉体等质量的有机溶剂松油醇，然后进行球磨，球磨时球磨机的转速为200rpm/min，球磨时间为1h；球磨后得电阻浆料，用两倍于玻璃相粉体质量的增稠剂乙基纤维素调节电阻浆料的黏度至250000mPas；

（3）制备锰酸锶镧容性周期结构阵列：将上述步骤（2）中配制好的电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在前述的介质基板上，丝网印刷图形为十字形，该十字形的远端长度m=4.5mm、宽度n=1.0mm，基本结构单元周期h=6.0mm（参见图4），室温下流平10min，然后于80℃温度下烘干10h，再以5℃/min的速率升温至1000℃，保温6h后，自然降温，得到雷达吸波陶瓷产品。

经检测，本实施例制得的雷达吸波陶瓷产品中，测得锰酸锶镧电阻膜的方阻约为50Ω/sq。本实施例的雷达吸波陶瓷实测常温反射率曲线如图6，由图6可见，在6GHz～18GHz范围内衰减大于10dB的带宽为8.5GHz。

实施例3：

一种如图1和图2所示的具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，包括介质陶瓷材料构成的介质基层，介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片排列成矩阵式结构（基本结构单元周期l为8.1mm）并构成雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。本实施例的雷达吸波陶瓷中，锰酸锶镧电阻薄膜贴片为正方形（边长a为4.6mm）。本实施例中的介质基层是选用莫来石材料制成的莫来石介质基板。

本实施例的雷达吸波陶瓷的制备方法包括以下步骤：

（1）材料准备：选购纯度为99.99%、介电常数为6.5的莫来石材料加工成莫来石介质基板，加工后介质基板的尺寸为180mm×180mm×2.2mm，将该介质基板依次在去离子水和丙酮中超声清洗10min，烘干备用；另外置备玻璃相粉体二氧化硅，并选购纯度为99.99%的分子式为La_0.6Sr_0.4MnO₃的锰酸锶镧粉体；

（2）制备电阻浆料：将准备的锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体按100∶2质量比混合，在混合后的粉体中加入与锰酸锶镧粉体等质量的有机溶剂松油醇，然后进行球磨，球磨时球磨机的转速为200rpm/min，球磨时间为1h；球磨后得电阻浆料，用与玻璃相粉体等质量的增稠剂乙基纤维素调节电阻浆料的黏度至150000mPas；

（3）制备锰酸锶镧容性周期结构阵列：将上述步骤（2）中配制好的电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在前述的介质基板上，丝网印刷图形为正方形，该正方形的边长a=4.6mm，基本结构单元周期l=8.1mm（参见图1），室温下流平10min，然后于80℃温度下烘干10h，再以5℃/min的速率升温至1000℃，保温6h后，自然降温，得到雷达吸波陶瓷产品。

经检测，本实施例制得的雷达吸波陶瓷产品中，测得锰酸锶镧电阻膜的方阻约为112Ω/sq。本实施例的雷达吸波陶瓷实测常温反射率曲线如图7，由图7可见，在6GHz～18GHz范围内衰减大于10dB的带宽为9.7GHz。

实施例4：

一种如图4和图5所示的具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，包括介质陶瓷材料构成的介质基层，介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片排列成矩阵式结构（基本结构单元周期h=6.7mm）并构成雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。本实施例的雷达吸波陶瓷中，锰酸锶镧电阻薄膜贴片为十字形（该十字形的远端长度m=6.0mm、宽度n=1.0mm）。本实施例中的介质基层是选用莫来石材料制成的莫来石介质基板。

本实施例的雷达吸波陶瓷的制备方法包括以下步骤：

（1）材料准备：选购纯度为99.99%、介电常数为6.5的莫来石材料加工成莫来石介质基板，加工后介质基板的尺寸为180mm×180mm×2.2mm，将该介质基板依次在去离子水和丙酮中超声清洗10min，烘干备用；另外置备玻璃相粉体二氧化硅，并选购纯度为99.99%的分子式为La_0.6Sr_0.4MnO₃的锰酸锶镧粉体；

（2）制备电阻浆料：将准备的锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体按100∶1质量比混合，在混合后的粉体中加入与锰酸锶镧粉体等质量的有机溶剂松油醇，然后进行球磨，球磨时球磨机的转速为200rpm/min，球磨时间为1h；球磨后得电阻浆料，用两倍于玻璃相粉体质量的增稠剂乙基纤维素调节电阻浆料的黏度至250000mPas；

（3）制备锰酸锶镧容性周期结构阵列：将上述步骤（2）中配制好的电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在前述的介质基板上，丝网印刷图形为十字形，该十字形的远端长度m=6.0mm、宽度n=1.0mm，基本结构单元周期h=6.7mm（参见图4），室温下流平10min，然后于80℃温度下烘干10h，再以5℃/min的速率升温至1000℃，保温6h后，自然降温，得到雷达吸波陶瓷产品。

经检测，本实施例制得的雷达吸波陶瓷产品中，测得锰酸锶镧电阻膜的方阻约为59Ω/sq。本实施例的雷达吸波陶瓷实测常温反射率曲线如图8，由图8可见，在6GHz～18GHz范围内衰减大于10dB的带宽为9.6GHz。

实施例5：

一种如图1和图2所示的具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，包括介质陶瓷材料构成的介质基层，介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片排列成矩阵式结构（基本结构单元周期l为7.5mm）并构成雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。本实施例的雷达吸波陶瓷中，锰酸锶镧电阻薄膜贴片为正方形（边长a为4.2mm）。本实施例中的介质基层是选用氮化铝材料制成的氮化铝介质基板。

本实施例的雷达吸波陶瓷的制备方法包括以下步骤：

（1）材料准备：选购纯度为99.99%、介电常数为8.6的氮化铝材料加工成氮化铝介质基板，加工后介质基板的尺寸为180mm×180mm×1.8mm，将该介质基板依次在去离子水和丙酮中超声清洗10min，烘干备用；另外置备玻璃相粉体二氧化硅，并选购纯度为99.99%的分子式为La_0.65Sr_0.35MnO₃的锰酸锶镧粉体；

（2）制备电阻浆料：将准备的锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体按100∶2质量比混合，在混合后的粉体中加入与锰酸锶镧粉体等质量的有机溶剂松油醇，然后进行球磨，球磨时球磨机的转速为200rpm/min，球磨时间为1h；球磨后得电阻浆料，用与玻璃相粉体等质量的增稠剂乙基纤维素调节电阻浆料的黏度至150000mPas；

（3）制备锰酸锶镧容性周期结构阵列：将上述步骤（2）中配制好的电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在前述的介质基板上，丝网印刷图形为正方形，该正方形的边长a=4.2mm，基本结构单元周期l=7.5mm（参见图1），室温下流平10min，然后于80℃温度下烘干10h，再以5℃/min的速率升温至1000℃，保温6h后，自然降温，得到雷达吸波陶瓷产品。

经检测，本实施例制得的雷达吸波陶瓷产品中，测得锰酸锶镧电阻膜的方阻约为106Ω/sq。本实施例的雷达吸波陶瓷实测常温反射率曲线如图9，由图9可见，在6GHz～18GHz范围内衰减大于10dB的带宽为9.0GHz。

实施例6：

一种如图4和图5所示的具有容性周期结构的雷达吸波陶瓷，包括介质陶瓷材料构成的介质基层，介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片排列成矩阵式结构（基本结构单元周期h=6.0mm）并构成雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。本实施例的雷达吸波陶瓷中，锰酸锶镧电阻薄膜贴片为十字形（该十字形的远端长度m=4.5mm、宽度n=1.0mm）。本实施例中的介质基层是选用氮化铝材料制成的氮化铝介质基板。

本实施例的雷达吸波陶瓷的制备方法包括以下步骤：

（1）材料准备：选购纯度为99.99%、介电常数为8.6的氮化铝材料加工成氮化铝介质基板，加工后介质基板的尺寸为180mm×180mm×1.8mm，将该介质基板依次在去离子水和丙酮中超声清洗10min，烘干备用；另外置备玻璃相粉体二氧化硅，并选购纯度为99.99%的分子式为La_0.65Sr_0.35MnO₃的锰酸锶镧粉体；

（2）制备电阻浆料：将准备的锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体按100∶1质量比混合，在混合后的粉体中加入与锰酸锶镧粉体等质量的有机溶剂松油醇，然后进行球磨，球磨时球磨机的转速为200rpm/min，球磨时间为1h；球磨后得电阻浆料，用两倍于玻璃相粉体质量的增稠剂乙基纤维素调节电阻浆料的黏度至250000mPas；

（3）制备锰酸锶镧容性周期结构阵列：将上述步骤（2）中配制好的电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在前述的介质基板上，丝网印刷图形为十字形，该十字形的远端长度m=4.5mm、宽度n=1.0mm，基本结构单元周期h=6.0mm（参见图4），室温下流平10min，然后于80℃温度下烘干10h，再以5℃/min的速率升温至1000℃，保温6h后，自然降温，得到雷达吸波陶瓷产品。

经检测，本实施例制得的雷达吸波陶瓷产品中，测得锰酸锶镧电阻膜的方阻约为52Ω/sq。本实施例的雷达吸波陶瓷实测常温反射率曲线如图10，由图10可见，在6GHz～18GHz范围内衰减大于10dB的带宽为8.8GHz。

Claims (8)

1.一种雷达吸波陶瓷的制备方法，其步骤包括：

（1）材料准备：准备介质陶瓷材料制成的介质基板，同时置备玻璃相粉体和分子式为La_1-xSr_xMnO₃的锰酸锶镧粉体，其中，0.1≤x≤0.5； 

（2）制备电阻浆料：将所述锰酸锶镧粉体与玻璃相粉体按100∶（1～10）质量比混合，在混合后的粉体中加入混合粉体质量20%～300%的有机溶剂，然后进行球磨，球磨后得电阻浆料并调节电阻浆料的黏度；

（3）制备锰酸锶镧容性周期结构阵列：将上述步骤（2）中制备得到的所述电阻浆料通过具有周期结构的丝网印刷在所述介质基板上，经过流平、烘干、升温和保温步骤后，自然降温得到雷达吸波陶瓷，所述雷达吸波陶瓷包括介质陶瓷材料构成的介质基层，所述介质基层上固接有周期性排列的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片，所述的多个锰酸锶镧电阻薄膜贴片排列成矩阵式结构并构成所述雷达吸波陶瓷的容性周期损耗层。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述锰酸锶镧电阻薄膜贴片为正方形、十字架形、圆形或圆环形。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述介质陶瓷材料为氧化铝陶瓷材料、二氧化锆陶瓷材料、氮化铝陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料及前述陶瓷材料的复合材料。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述玻璃相粉体为纳米微粉SiO₂、B₂O₃、PbO、CaO、MgO、Al₂O₃中的至少一种；所述有机溶剂为松油醇、松节油、丁基卡必醇酸脂或邻苯二甲酸二丁酯。

5.根据权利要求1或2或4所述的制备方法，其特征在于：所述球磨时球磨机的转速为150～250 rpm/min，球磨时间为10min～5h。

6.根据权利要求1或2或4所述的制备方法，其特征在于：所述调节电阻浆料的黏度是指采用增稠剂乙基纤维素将电阻浆料的黏度调节至1×10⁵～10×10⁵mPa.s。

7.根据权利要求1或2或4所述的制备方法，其特征在于：所述流平是在室温下操作，流平时间为10min以上；所述烘干时的烘干温度为80℃～120℃，烘干时间为10h以上。

8.根据权利要求1或2或4所述的制备方法，其特征在于：所述升温时的升温速率为5～8℃/min，所述保温时的温度范围为1000℃～1200℃，所述保温时间为4～10h。

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