CN109679358A - 吸波材料及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸波材料及其制作方法。该吸波材料包括相互混合的纤维组合物和石蜡，其中，纤维组合物为表面包覆至少一层二氧化硅的碳化硅纤维，使得将纤维组合物与石蜡混合后得到的吸波材料一方面由于引入了碳化硅纤维而大幅提高吸波性能，并且材料基体中未添加磁性材料及导电相，因此吸波材料的介电性能受温度变化影响较小；另一方面由于碳化硅纤维表面包覆二氧化硅层，可以保证吸波材料的高温性能优异。

Description

吸波材料及其制作方法
技术领域
本发明涉及材料领域，更具体地涉及一种吸波材料及其制作方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。有害的电磁辐射可以通过热效应或非热效应对人体造成一定程度的伤害，不必要的电磁辐射还会给机场航班、医院医疗器械带来干扰。因此，能够抵挡或削弱电磁波辐射的吸波材料急需得到开发和拓展。
在传统电磁吸波材料的基础上，通过添加磁性粒子或者导电粒子、导线纤维等，往往能够提高吸波材料的吸波性能以及其他电磁性能。其中磁性粒子例如是铁氧体等铁磁性材料，其能提高吸波材料的磁损耗；导电粒子或者导电纤维例如是碳纤维等材料，其能提高吸波材料的电导损耗。然而，这些异相的添加通常会导致吸波材料高温吸波性能大幅下降。
例如现有的一种吸波材料，其为采用锶铁氧体铁磁材料与钛酸钡铁电材料混合的纤维复合材料，常温下具有优异的电磁吸波性能。但当温度在高于居里温度点以后，其复磁导率、电导率等参数变化巨大，因此吸波性能会出现大幅下降。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高温环境下仍保持很好的吸波性能的吸波材料，以及其制作方法。
根据本发明的一方面，提供一种吸波材料，包括相互混合的纤维组合物和石蜡，其中，所述纤维组合物为表面包覆至少一层二氧化硅的碳化硅纤维。
优选地，所述纤维组合物的质量分数为20％至40％，所述石蜡的质量分数为60％至80％。
优选地，所述纤维组合物的质量分数为20％至25％，所述石蜡的质量分数为75％至80％。
优选地，所述纤维组合物的质量分数为25％至40％，所述石蜡的质量分数为60％至75％。
优选地，所述纤维组合物的质量分数为40％，所述石蜡的质量分数为60％。
优选地，所述碳化硅纤维的纤维长度为30微米至200微米。
优选地，所述纤维组合物为表面包覆一层二氧化硅的碳化硅纤维。
根据根据本发明的另一方面，提供一种吸波材料的制作方法，其包括：在碳化硅纤维表面形成至少一层二氧化硅，得到纤维组合物；以及将所述纤维组合物与所述石蜡混合，得到所述吸波材料。
优选地，所述纤维组合物的质量分数为20％至40％，所述石蜡的质量分数为60％至80％。
优选地，所述混合的步骤包括：加热石蜡；将所述纤维组合物加入至所述石蜡中，搅拌；以及冷却，得到所述吸波材料。
根据本发明的吸波材料及其制作方法，纤维组合物为表面包覆至少一层二氧化硅的碳化硅纤维，使得将纤维组合物与石蜡混合后得到的吸波材料一方面由于引入了碳化硅纤维而大幅提高吸波性能，并且材料基体中未添加磁性材料及导电相，因此吸波材料的介电性能受温度变化影响较小；另一方面由于碳化硅纤维表面包覆二氧化硅层，可以保证吸波材料的高温性能优异。因此，本发明提供的吸波材料的吸波性能受高温影响程度相对较低，可以用于制作如发动机尾喷管，导弹罩，核反应堆防辐射层等高温部位的吸波结构件。
在一些实施例的吸波材料中，纤维组合物的质量分数为20％至25％，石蜡的质量分数为75％至80％，对该吸波材料测试，其介电参数变化曲线、反射率变化曲线以及损耗角正切变化曲线在纤维含量的质量分数为20％至25％之间变化趋势发生突变。
在另一些实施例的吸波材料中，纤维组合物的质量分数为25％至40％，石蜡的质量分数为60％至75％，对该吸波材料测试，其介电参数变化曲线、反射率变化曲线以及损耗角正切变化曲线在纤维含量的质量分数为25％至40％之间变化趋势逐渐趋于一致，并且纤维组合物的质量分数越高，吸波材料的吸波性能越强。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据本发明实施例的吸波材料在扫描电子显微镜下的微观图；
图2示出根据本发明实施例的纤维组合物在透射电子显微镜下的微观图；
图3a和图3b示出根据本发明实施例的纤维组合物在1250摄氏度高温测试中的微观图；
图3c和图3d示出根据本发明实施例的纤维组合物在1350摄氏度高温测试中的微观图；
图3e和图3f示出根据本发明实施例的纤维组合物在1450摄氏度高温测试中的微观图；
图4a示出纤维组合物含量为20％至40％质量分数的本发明实施例的吸波材料在2GHz至18GHz的介电常数实部变化曲线图；
图4b示出纤维组合物含量为20％至40％质量分数的本发明实施例的吸波材料在2GHz至18GHz的介电常数虚部变化曲线图；
图4c示出纤维组合物含量为20％至40％质量分数的本发明实施例的吸波材料在2GHz至18GHz的反射率变化曲线图；
图4d示出纤维组合物含量为20％至40％质量分数的本发明实施例的吸波材料在2GHz至18GHz的损耗角正切变化曲线图；
图5示出根据本发明实施例的吸波材料的制作方法的框图；
图6示出根据本发明实施例的吸波材料的制作方法中步骤S120的框图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明提供一种吸波材料，图1示出本发明实施例的吸波材料在扫描电子显微镜(SEM)下的微观图。该吸波材料包括相互混合的纤维组合物和石蜡。
图2示出本发明实施例的纤维组合物在透射电子显微镜(TEM)下的微观图，本发明中，纤维组合物为表面包覆至少一层二氧化硅的碳化硅纤维。
纤维组合物例如是表面包覆了一层二氧化硅的碳化硅纤维，当然在其他实施例中也可以是包覆多层二氧化硅。碳化硅纤维的纤维长度可以为30微米至200微米。
将本实施例中的纤维组合物置于空气中在不同温度下进行恒温氧化，例如是氧化2小时后通过电镜观察，图3a至图3f示出本发明实施例的纤维组合物在高温测试中的微观图。其中图3a和图3b示出在1250摄氏度高温测试中的微观图，图3c和图3d示出在1350摄氏度高温测试中的微观图，其中图3e和图3f示出在1450摄氏度高温测试中的微观图。通过高温测试，观察到该纤维组合物在1250摄氏度时其表面的二氧化硅覆盖层仍然未出现熔融现象，因此，当吸波材料是由上述本实施例的纤维组合物与石蜡混合而成时，其在1250摄氏度温度以下均能保持较好的吸波性能。
根据本发明的吸波材料，纤维组合物为表面包覆至少一层二氧化硅的碳化硅纤维，使得将纤维组合物与石蜡混合后得到的吸波材料一方面由于引入了碳化硅纤维而大幅提高吸波性能，并且材料基体中并未添加磁性材料及导电相，因此吸波材料的介电性能受温度变化影响较小；另一方面由于碳化硅纤维表面包覆二氧化硅层，可以保证吸波材料的高温性能优异。因此，本发明提供的吸波材料的吸波性能受高温影响程度相对较低，可以用于制作如发动机尾喷管，导弹罩，核反应堆防辐射层等高温部位的吸波结构件。
在吸波材料中，纤维组合物的质量分数可以为20％至40％，相应地石蜡的质量分数可以为60％至80％。吸波材料中纤维组合物质量分数的变化，会影响吸波材料的介电常数的实部值与虚部值以及介电损耗值，进而影响反射率曲线。
图4a至图4d分别示出纤维组合物含量为20％至40％质量分数的本发明的吸波材料在2GHz至18GHz的介电常数实部变化曲线图、介电常数虚部变化曲线图、反射率变化曲线图以及损耗角正切变化曲线图。对图4a至图4d取点进行观察，其中：
纤维组合物含量为20％质量分数，石蜡含量为80％质量分数时，吸波材料的介电常数实部值为7.72～5.53，虚部值为1.69～1.27，损耗角正切值为-10dB左右，频点为11GHz。
纤维组合物含量为25％质量分数，石蜡含量为75％质量分数时，吸波材料的介电常数实部值为8.06～6.45，虚部值为1.94～1.26，损耗角正切值为-8dB左右，频点为10GHz。
纤维组合物含量为30％质量分数，石蜡含量为70％质量分数时，吸波材料的介电常数实部值为11.47～7.72，虚部值为2.98～2.13，损耗角正切值为-13dB左右，频点为9GHz。
纤维组合物含量为35％质量分数，石蜡含量为65％质量分数时，吸波材料的介电常数实部值为12.66～8.42，虚部值为3.75～2.47，损耗角正切值为-16dB左右，频点为8.5GHz。
纤维组合物含量为40％质量分数，石蜡含量为60％质量分数时，吸波材料的介电常数实部值为18.55～13.25，虚部值为7.283～2.661，损耗角正切值为-28dB左右，频点为6.5GHz。
可以观察到，当吸波材料中纤维组合物的质量分数为20％至25％，石蜡的质量分数为75％至80％时，对该吸波材料测试，其介电参数变化曲线、反射率变化曲线以及损耗角正切变化曲线在纤维含量的质量分数为20％至25％之间变化趋势发生突变。而当纤维组合物的质量分数为25％至40％，石蜡的质量分数为60％至75％时，对该吸波材料测试，其介电参数变化曲线、反射率变化曲线以及损耗角正切变化曲线在纤维含量的质量分数为25％至40％之间变化趋势逐渐趋于一致。该结果说明在20％-25％之间存在某一个纤维组合物的含量值，以该含量值为界，纤维组合物小于该含量值时是石蜡对电磁参数影响为主要因素，而纤维组合物的影响为次要因素。当纤维组合物大于该含量值时，纤维组合物对介电常数的影响为主要因素，纤维组合物之间形成导电网络。
根据图4c，吸波材料的反射率最大值在纤维组合物含量为25％至40％质量分数上是依次增大的，并且向低频处移动。反射率的增大体现了纤维组合物对吸波性能方面的贡献，即在纤维组合物含量为25％至40％质量分数时，纤维组合物的质量分数越高，吸波材料的吸波性能越强。当纤维组合物的质量分数为40％、石蜡的质量分数为60％时，吸波材料的反射率最大值达到了-28dB(反射率已小于1％)，与纤维组合物的质量分数为20％的吸波材料相比(最大反射率为-8dB，反射率为15.8％)，吸波性能提高相当大，说明碳化硅纤维在提高吸波性能方面效果显著。
本发明还提供一种吸波材料的制作方法，图5示出本发明实施例的吸波材料的制作方法的框图，本实施例的制作方法包括步骤S110至步骤S120。
步骤S110中，在碳化硅纤维表面形成至少一层二氧化硅，得到纤维组合物。
其中，纤维组合物的质量分数可以为20％至40％，相应地石蜡的质量分数可以为60％至80％。
步骤S120中，将纤维组合物与石蜡混合，得到吸波材料。
具体地，图6示出本发明实施例的吸波材料的制作方法中步骤S120的框图。上述将纤维组合物与石蜡混合的步骤具体可以包括步骤S111至步骤S113。
在步骤S111中，加热石蜡；在步骤S112中，可以将步骤S110得到的纤维组合物加入至已经加热的石蜡中，之后进行搅拌操作，以使两者混合均匀；接着，待混合物冷却，即可得到本发明的吸波材料。
根据本发明的吸波材料的制作方法，纤维组合物为表面包覆至少一层二氧化硅的碳化硅纤维，使得将纤维组合物与石蜡混合后得到的吸波材料一方面由于引入了碳化硅纤维而大幅提高吸波性能，并且材料基体中未添加磁性材料及导电相，因此吸波材料的介电性能受温度变化影响较小；另一方面由于碳化硅纤维表面包覆二氧化硅层，可以保证吸波材料的高温性能优异。因此，本发明提供的吸波材料的吸波性能受高温影响程度相对较低，可以用于制作如发动机尾喷管，导弹罩，核反应堆防辐射层等高温部位的吸波结构件。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种吸波材料，其特征在于，包括相互混合的纤维组合物和石蜡，其中，所述纤维组合物为表面包覆至少一层二氧化硅的碳化硅纤维。
2.根据权利要求1所述的吸波材料，其特征在于，所述纤维组合物的质量分数为20％至40％，所述石蜡的质量分数为60％至80％。
3.根据权利要求2所述的吸波材料，其特征在于，所述纤维组合物的质量分数为20％至25％，所述石蜡的质量分数为75％至80％。
4.根据权利要求2所述的吸波材料，其特征在于，所述纤维组合物的质量分数为25％至40％，所述石蜡的质量分数为60％至75％。
5.根据权利要求4所述的吸波材料，其特征在于，所述纤维组合物的质量分数为40％，所述石蜡的质量分数为60％。
6.根据权利要求1所述的吸波材料，其特征在于，所述碳化硅纤维的纤维长度为30微米至200微米。
7.根据权利要求1所述的吸波材料，其特征在于，所述纤维组合物为表面包覆一层二氧化硅的碳化硅纤维。
8.一种吸波材料的制作方法，其特征在于，包括：
在碳化硅纤维表面形成至少一层二氧化硅，得到纤维组合物；以及将所述纤维组合物与所述石蜡混合，得到所述吸波材料。
9.根据权利要求8所述的吸波材料的制作方法，其特征在于，所述纤维组合物的质量分数为20％至40％，所述石蜡的质量分数为60％至80％。
10.根据权利要求8所述的吸波材料的制作方法，其特征在于，所述混合的步骤包括：
加热石蜡；
将所述纤维组合物加入至所述石蜡中，搅拌；以及
冷却，得到所述吸波材料。
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