CN109413974A - 一种多层结构吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层结构吸波材料及其制备方法。所述多层结构吸波材料由多种不同吸波性能的吸波浆料分层浇注而成；多层结构吸波材料为两层结构吸波材料时，包括第一底层以及第一表层；第一底层浇注在3D打印工艺制作三维网格框架结构内，第一表层浇注在第一底层的上表面；多层结构吸波材料的层数大于两层时，包括第二底层、至少一层中间层和第二表层；第二底层浇注在3D打印工艺制作三维网格框架结构内，中间层浇注在所述第二底层的上表面；第二表层浇注在中间层的上表面；若中间层大于两层时，多个中间层依次浇注覆盖在前一个中间层的上表面。采用本发明所提供的多层结构吸波材料及其制备方法能够稳定多层结构吸波材料的稳定性。

Description

一种多层结构吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印工艺领域，特别是涉及一种多层结构吸波材料及其制备方法。

背景技术

目前吸波材料分类较多，按材料成型工艺和承载能力可以分为涂覆型材料和结构型吸波材料。涂覆型吸波材料是将粘结剂与吸波剂混合后涂覆于目标物表面而形成的吸波涂层，这种材料对目标体外形适应能力强，但这种材料一般受厚度限制吸波频段较窄，而且这种吸波涂料普遍存在易脱落，使用周期短。

结构型吸波材料通常是将吸波剂与特定的基体材料复合而制备的一种多功能性复合材料。其中吸波剂提供吸波所必需的电磁性能，基体材料不仅具有承载能力、耐高温、耐候等物理性能，同时决定了电磁波在材料内部的传播情况，因而对基体材料进行合理的结构设计可以有效改善材料的吸波性能；目前常用的基体材料结构形式主要是多层平板结构、多孔结构以及角锥状结构等。按照材料对电磁波的损耗机理，吸波材料可分为电损耗型和磁损耗型两类。所谓电损耗型的材料主要通过与电场的相互作用以及电子极化、界面极化等效应来吸收电磁波，例如石墨烯、碳纳米管等材料。所谓磁损耗型材料主要通过磁滞损耗，涡流损耗来吸收电磁波，如羰基铁以及铁氧体等材料。

目前，大部分吸波材料只能单一的吸收一种频率的电磁波；多层结构的吸波材料易于设计，可以有效的提高材料的整体吸波性能和扩宽吸波频段，近几年来成为广泛研究的重点。但是现有的多层结构都是需要胶黏、涂层等方式组装，而胶黏方式会添加非吸波类物质胶黏剂，影响吸波性能；涂层方式存在涂层厚度不均一且可能会出现涂层脱落情况，导致吸波性能不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层结构吸波材料及其制备方法，以解决多层结构吸波材料的吸波性能不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多层结构吸波材料，包括：

所述多层结构吸波材料由多种不同吸波性能的吸波浆料分层浇注而成；

所述多层结构吸波材料为两层结构吸波材料时，所述两层结构吸波材料包括第一底层以及第一表层；所述第一底层浇注在3D打印工艺制作三维网格框架结构内，所述第一表层浇注在所述第一底层的上表面；

所述多层结构吸波材料的层数大于两层时，所述多层结构吸波材料包括第二底层、至少一层中间层和第二表层；所述第二底层浇注在3D打印工艺制作三维网格框架结构内，所述中间层浇注在所述第二底层的上表面；所述第二表层浇注在所述中间层的上表面；其中，若所述中间层大于两层时，多个所述中间层依次浇注覆盖在前一个所述中间层的上表面。

可选的，所述第一底层以及所述第二底层的浇注材料为吸波材料、反射材料以及透波材料中的一种；当所述浇注材料为反射材料时，所述反射材料为金属材料，所述金属材料为铝、铜、钢以及铝合金中的一种；当所述浇注材料为吸波材料时，所述吸波材料包括铁氧体以及碳化硅。

可选的，所述中间层的浇注材料为吸波材料，所述吸波材料包括碳纳米管、陶瓷以及碳纤维。

可选的，所述第一表层以及所述第二表层的浇注材料为吸波材料、反射材料以及透波材料中的一种；当所述第一表层以及所述第二表层的浇注材料为吸波材料时，所述吸波材料为磁性吸波材料，所述磁性吸波材料包括铁氧体、铁纤化以及碳化硅。

可选的，所述3D打印工艺制作三维网格框架结构为基于环氧树脂基三维的立体的网状结构。

可选的，3D打印工艺制作三维网格框架结构为圆柱、四边形棱柱或六边形棱柱。

可选的，改变不同性能的所述吸波浆料的厚度、层数、网格尺寸或基底厚度，吸波频带会往高频或低频移动。

一种多层结构吸波材料的制备方法，包括：

将基料和吸波剂均匀混合，得到吸波浆料；所述吸波浆料包括多种不同吸波性能的吸波浆料，所述多种不同吸波性能的吸波浆料分别由不同的基料以及不同的吸波剂混合而成。

利用3D打印工艺制作三维网格框架结构作为吸波材料填材的模具，将所述不同吸波性能的吸波浆料分层浇注到所述模具的模腔中；

对所述模具中每一层的所述吸波浆料进行固化处理，得到固化后的吸波浆料；

对所述固化后的吸波浆料进行脱模，得到多层结构吸波材料。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种多层结构吸波材料及其制备方法，利用3D打印工艺制作三维网格框架结构作为吸波材料填材的模具，把磁性吸波材料和电型吸波材料分层填充到网格模具中，整体固化成型；该新型吸波材料不仅具有强的吸收性能，而且由于整体的三维网络框架结构使单层内部和层与层之间整体连接，具有良好的力学性能，且不引入胶黏剂影响吸波性能，解决了多层结构吸波材料吸波性能不稳定的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的二层结构吸波材料仿真建模示意图；

图2为本发明所提供的的三层结构吸波材料仿真建模示意图；

图3为本发明所提供的的三维的网络框架周期结构示意图；

图4为本发明所提供的的三维网络框架为圆柱的横截面图；

图5为本发明所提供的的三维网络框架为六边形棱柱的横截面图；

图6为本发明所提供的基于三维框架的仿真反射曲线图；

图7为本发明所提供的现有无三维的网格框架的仿真反射曲线图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多层结构吸波材料及其制备方法，使得本发明所提供的多层结构吸波材料吸波性能稳定。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种多层结构吸波材料，包括：所述多层结构吸波材料由多种不同吸波性能的吸波浆料分层浇注而成；

如图1所示，所述多层结构吸波材料为两层结构吸波材料时，所述两层结构吸波材料包括第一底层1-1以及第一表层1-2；所述第一底层1-1浇注在3D打印工艺制作三维网格框架结构内，所述第一表层1-2浇注在所述第一底层1-1的上表面；所述多层结构吸波材料为两层时，所述第一底层1-1为电损耗型电介质吸收层，所述第二底层为磁损耗型的阻抗匹配层。

如图2所示，所述多层结构吸波材料的层数大于两层时，所述多层结构吸波材料包括：第二底层2-1、至少一层中间层2-2和第二表层2-3；所述第二底层2-1浇注在3D打印工艺制作三维网格框架结构内，所述中间层2-2浇注在所述第二底层2-1的上表面；所述第二表层2-3浇注在所述中间层2-2的上表面；其中，若所述中间层2-2大于两层时，多个所述中间层2-2依次浇注覆盖在前一个所述中间层2-2的上表面。

所述多层结构吸波材料为三层时，所述第二底层2-1为反射层或吸收层；所述中间层2-2为电介质吸收层；所述第二表层2-3为磁性吸收层起到阻抗匹配层的作用。

在实际应用中，所述第一底层1-1以及所述第二底层2-1的浇注材料为吸波材料、反射材料以及透波材料中的一种；当所述浇注材料为反射材料时，所述反射材料为金属材料，所述金属材料为铝、铜、钢以及铝合金中的一种；当所述浇注材料为吸波材料时，所述吸波材料包括铁氧体以及碳化硅。

在实际应用中，所述中间层2-2的浇注材料为吸波材料，所述吸波材料包括碳纳米管、陶瓷以及碳纤维。

在实际应用中，所述第一表层1-2以及所述第二表层2-3的浇注材料为吸波材料、反射材料以及透波材料中的一种；当所述第一表层1-2以及所述第二表层2-3的浇注材料为吸波材料时，所述吸波材料为磁性吸波材料，所述磁性吸波材料包括铁氧体、铁纤化以及碳化硅。

在实际应用中，所述3D打印工艺制作三维网格框架结构为基于环氧树脂基三维的立体的网状结构。

如图4-图5所示，3D打印工艺制作三维网格框架结构为圆柱、四边形棱柱或六边形棱柱。

在实际应用中，改变不同性能的所述吸波浆料的厚度、层数、网格尺寸或基底厚度，吸波频带会往高频或低频移动。

如图6-图7所示，采用本发明所提供的多层结构吸波材料吸波性能更稳定，其中，图6-图7中纵坐标S11的含义是输入反射系数，横坐标Frequency为频率。

一种多层结构吸波材料的制备方法，包括：

将基料和吸波剂均匀混合，得到吸波浆料；所述吸波浆料包括多种不同吸波性能的吸波浆料，所述多种不同吸波性能的吸波浆料分别由不同的基料以及不同的吸波剂混合而成。

利用3D打印工艺制作三维网格框架结构作为吸波材料填材的模具，将所述不同吸波性能的吸波浆料分层浇注到所述模具的模腔中；

对所述模具中每一层的所述吸波浆料进行固化处理，得到固化后的吸波浆料；

对所述固化后的吸波浆料进行脱模，得到多层结构吸波材料。

结构的层数和厚度由所需的吸波频带中心频率决定，应由电磁设计仿真优化结果来决定。结构由于尺寸不同会在不同频点激励起电磁谐振，通过设计和优化结构的尺寸，可以使人工材料的吸波频率相应的改变。

利用3D打印工艺制备的三维网格框架结构的棱可以是圆柱、四边形棱柱、六边形棱柱等；网格结构的周期性可以通过电磁设计仿真优化结果来决定。

多层结构吸波材料为多层结构吸波橡胶材料由至少两层不同吸波性能的橡胶材料制成的阻抗匹配结构吸波材料，并不仅限于特定层数。

层结构吸波橡胶材料三层时，底层为吸波泡沫材料作为吸波层，介质层的厚度为1-2mm，边长为10mm；中间层为吸波橡胶材料电性吸波介质层，介质层厚度为1-2mm，边长为10mm；表层为吸波泡沫材料的阻抗匹配层，表层厚度为1-2mm，边长为10mm。

多层结构吸波材料为三层基于3D打印网格框架的吸波橡胶材料时，首先对三维的网络建模，材料为环氧树脂透波材料，棱为边长为0.05-0.1mm的六边形棱柱，棱柱的高度根据介质层的总高度拟定。

底层为吸波泡沫材料作为吸波层，介质层的厚度为1-2mm，边长为10mm；中间层为吸波橡胶材料电性吸波介质层，介质层厚度为1-2mm，边长为10mm；表层为吸波泡沫材料的阻抗匹配层，表层厚度为1-2mm，边长为10mm。

因此，本发明能够达到以下效果：

1)根据需要设计制作层数，保证吸波性能；2)多层结构可把表层设计成阻抗匹配层，改善材料的阻抗匹配性能，其他层设计为强电磁损耗层；3)吸波频带中心可调控；4)设计性强，可在保证吸波效果的前提下，在较宽频段内任意设计；5)利用3D打印工艺制备的网格框架结构连接着每层吸波材料和层与层之间的吸波材料，使多层结构整体连接，既保证了良好的力学性能，同时具有良好的吸波性能；6)利用3D打印工艺制备的网格的棱可以是圆柱、四边形棱柱、六边形棱柱等，这些结构可以有效的增加电磁波在结构内部的多次反射，达到提高吸收效率的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种多层结构吸波材料，其特征在于，包括：

所述多层结构吸波材料由多种不同吸波性能的吸波浆料分层浇注而成；

所述多层结构吸波材料为两层结构吸波材料时，所述两层结构吸波材料包括第一底层以及第一表层；所述第一底层浇注在3D打印工艺制作三维网格框架结构内，所述第一表层浇注在所述第一底层的上表面；

所述多层结构吸波材料的层数大于两层时，所述多层结构吸波材料包括第二底层、至少一层中间层和第二表层；所述第二底层浇注在3D打印工艺制作三维网格框架结构内，所述中间层浇注在所述第二底层的上表面；所述第二表层浇注在所述中间层的上表面；其中，若所述中间层大于两层时，多个所述中间层依次浇注覆盖在前一个所述中间层的上表面。

2.根据权利要求1所述的多层结构吸波材料，其特征在于，所述第一底层以及所述第二底层的浇注材料为吸波材料、反射材料以及透波材料中的一种；当所述浇注材料为反射材料时，所述反射材料为金属材料，所述金属材料为铝、铜、钢以及铝合金中的一种；当所述浇注材料为吸波材料时，所述吸波材料包括铁氧体以及碳化硅。

3.根据权利要求1所述的多层结构吸波材料，其特征在于，所述中间层的浇注材料为吸波材料，所述吸波材料包括碳纳米管、陶瓷以及碳纤维。

4.根据权利要求1所述的多层结构吸波材料，其特征在于，所述第一表层以及所述第二表层的浇注材料为吸波材料、反射材料以及透波材料中的一种；当所述第一表层以及所述第二表层的浇注材料为吸波材料时，所述吸波材料为磁性吸波材料，所述磁性吸波材料包括铁氧体、铁纤化以及碳化硅。

5.根据权利要求1所述的多层结构吸波材料，其特征在于，所述3D打印工艺制作三维网格框架结构为基于环氧树脂基三维的立体的网状结构。

6.根据权利要求5所述的多层结构吸波材料，其特征在于，3D打印工艺制作三维网格框架结构为圆柱、四边形棱柱或六边形棱柱。

7.根据权利要求1所述的多层结构吸波材料，其特征在于，改变不同性能的所述吸波浆料的厚度、层数、网格尺寸或基底厚度，吸波频带会往高频或低频移动。

8.一种多层结构吸波材料的制备方法，其特征在于，包括：

将基料和吸波剂均匀混合，得到吸波浆料；所述吸波浆料包括多种不同吸波性能的吸波浆料，所述多种不同吸波性能的吸波浆料分别由不同的基料以及不同的吸波剂混合而成。

利用3D打印工艺制作三维网格框架结构作为吸波材料填材的模具，将所述不同吸波性能的吸波浆料分层浇注到所述模具的模腔中；

对所述模具中每一层的所述吸波浆料进行固化处理，得到固化后的吸波浆料；

对所述固化后的吸波浆料进行脱模，得到多层结构吸波材料。