具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷及其製備方法
2023-10-30 18:29:57 4
專利名稱：具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷及其製備方法
技術領域：
本發明屬於吸波材料領域，具體涉及一種雷達吸波陶瓷及其製備方法。
背景技術：
目前研製的雷達吸波陶瓷材料主要以陶瓷微粉為雷達吸收劑，採用熱壓工藝製備而成，如Si/C/N陶瓷顆粒增強LAS玻璃、莫來石、Si3N4等陶瓷材料。但是，這類吸波材料的工作帶寬很窄，除非增加材料的厚度。近年來，隨著超材料技術的出現，較薄的吸波材料有望實現寬頻吸收。具有鈣鈦礦結構的氧化物錳酸鑭，在較寬的溫度範圍內，相結構和化學性能具有良好的穩定性，其導電性能可通過摻雜調節，滿足吸波材料需要的可設計性
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種寬頻吸波性能高且防熱功能好的具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，同時，本發明還提供一種具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷的製備方法。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為一種具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，所述雷達吸波陶瓷包括介質陶瓷材料構成的介質基層，所述介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，所述的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片排列成矩陣式結構並構成所述雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。上述的技術方案中，所述錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片可以為各種形狀，但優選為形狀簡單的容性圖案(例如正方形、十字架形、圓形或圓環形等)。上述的技術方案中，所述介質陶瓷材料可以為各種常用的耐高溫陶瓷材料，但優選為氧化鋁陶瓷材料、二氧化鋯陶瓷材料、氮化鋁陶瓷材料、碳化矽陶瓷材料及前述陶瓷材料的複合材料。
作為一個總的技術構思，本發明還相應提供一種上述雷達吸波陶瓷的製備方法，包括以下步驟
(1)材料準備準備所述介質陶瓷材料製成的介質基板(優選是在去離子水和丙酮中經超聲清洗處理後的介質基板)，同時置備玻璃相粉體和分子式為LahSrxMnO3的錳酸鍶鑭粉體，其中，0. I彡X彡0. 5 ;
(2)製備電阻漿料將所述錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體按100 (I 10)質量比混合，在混合後的粉體中加入混合粉體質量20% 300%的有機溶劑，然後進行球磨，球磨後得電阻漿料並通過添加增稠劑調節電阻漿料的黏度；
(3)製備錳酸鍶鑭容性周期結構陣列將上述步驟(2)中製備得到的所述電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在所述介質基板上，經過流平、烘乾、升溫和保溫步驟後，自然降溫得到雷達吸波陶瓷。上述雷達吸波陶瓷的製備方法中，所述玻璃相粉體優選為納米微粉Si02、B203、Pb0、Ca0、Mg0、Al203中的至少一種。上述雷達吸波陶瓷的製備方法中，所述有機溶劑優選為松油醇、松節油、丁基卡必醇酸脂或鄰苯二甲酸二丁酯。上述雷達吸波陶瓷的製備方法中，所述球磨時球磨機的轉速優選為150 250rpm/min,球磨時間優選為IOmin 5h。上述雷達吸波陶瓷的製備方法中，所述調節電阻漿料的黏度優選是指採用增稠劑乙基纖維素將電阻漿料的黏度調節至IX IO5 IOX 105mPas。上述雷達吸波陶瓷的製備方法中，所述流平是在室溫下操作，流平時間優選在IOmin以上。上述雷達吸波陶瓷的製備方法中，所述烘乾時的烘乾溫度優選為80°C 120°C，烘乾時間優選為IOh以上。
上述雷達吸波陶瓷的製備方法中，所述升溫時的升溫速率優選為5 8°C /min，所述保溫時的溫度範圍優選為1000°C 1200°C，所述保溫時間優選為4h 10h。與現有技術相比，本發明的優點為
I.本發明的具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，不僅結構簡單，而且厚度相對更薄，吸收頻帶更寬，並具有集吸波/防熱於一體的多重功能和效果。2.本發明的雷達吸波陶瓷的製備方法具有原料易得，製備工藝步驟簡單，製備成本較低等優點。
圖I為本發明具體實施例中具有正方形錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片的雷達吸波陶瓷的正視圖。圖2為本發明具體實施例中具有正方形錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片的雷達吸波陶瓷的斜視圖。圖3為本發明實施例I中基於氧化鋁基板、正方形貼片的雷達吸波陶瓷常溫反射率曲線圖。圖4為本發明具體實施例中具有十字形錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片的雷達吸波陶瓷的正視圖。圖5為本發明具體實施例中具有十字形錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片的雷達吸波陶瓷的斜視圖。圖6為本發明實施例2中基於氧化鋁基板、十字形貼片的雷達吸波陶瓷常溫反射率曲線圖。圖7為本發明實施例3中基於莫來石基板、正方形貼片的雷達吸波陶瓷常溫反射率曲線圖。圖8為本發明實施例4中基於莫來石基板、十字形貼片的雷達吸波陶瓷常溫反射率曲線圖。圖9為本發明實施例5中基於氮化鋁基板、正方形貼片的雷達吸波陶瓷常溫反射率曲線圖。圖10為本發明實施例6中基於氮化鋁基板、十字形貼片的雷達吸波陶瓷常溫反射率曲線圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步的說明。實施例I :
一種如圖I和圖2所示的具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，包括介質陶瓷材料構成的介質基層，介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片排列成矩陣式結構(基本結構單元周期I為6. 5_)並構成雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。本實施例的雷達吸波陶瓷中，錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片為正方形(邊長a為
3.7mm)。本實施例中的介質基層是選用氧化鋁陶瓷材料製成的Al2O3介質基板。本實施例的雷達吸波陶瓷的製備方法包括以下步驟
(1)材料準備選購純度為99.99%、介電常數為9. 8的Al2O3陶瓷材料加工成Al2O3介質基板，加工後介質基板的尺寸為180_X 180mmX I. 7mm,將該介質基板依次在去離子水和丙酮中超聲清洗lOmin，烘乾備用；另外置備玻璃相粉體二氧化矽，並選購純度為99. 99%的分子式為Laa7Sra3MnO3的錳酸鍶鑭粉體；
(2)製備電阻漿料將準備的錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體按100 2質量比混合，在混合後的粉體中加入與錳酸鍶鑭粉體等質量的有機溶劑松油醇，然後進行球磨，球磨時球磨機的轉速為200rpm/min，球磨時間為Ih ;球磨後得電阻漿料，用與玻璃相粉體等質量的增稠劑乙基纖維素調節電阻漿料的黏度至150000mPas ；
(3)製備錳酸鍶鑭容性周期結構陣列將上述步驟(2)中配製好的電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在前述的介質基板上，絲網印刷圖形為正方形，該正方形的邊長a=3. 7mm,基本結構單元周期1=6. 5mm (參見圖I),室溫下流平IOmin,然後於80°C溫度下烘乾10h，再以5°C /min的速率升溫至1000°C，保溫6h後，自然降溫，得到雷達吸波陶瓷產品。經檢測，本實施例製得的雷達吸波陶瓷產品中，測得錳酸鍶鑭電阻膜的方阻約為110Q/sqo本實施例的雷達吸波陶瓷實測常溫反射率曲線如圖3，由圖3可見，在6GHz 18GHz範圍內衰減大於IOdB的帶寬為9. 3GHz。實施例2
一種如圖4和圖5所示的具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，包括介質陶瓷材料構成的介質基層，介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片排列成矩陣式結構(基本結構單元周期h=6. 0mm)並構成雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。本實施例的雷達吸波陶瓷中，錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片為十字形(該十字形的遠端長度m=4. 5mm、寬度n=l. 0mm)。本實施例中的介質基層是選用氧化招陶瓷材料製成的Al2O3介質基板。本實施例的雷達吸波陶瓷的製備方法包括以下步驟
(1)材料準備選購純度為99.99%、介電常數為9. 8的Al2O3陶瓷材料加工成Al2O3介質基板，加工後介質基板的尺寸為180_X 180mmX I. 7mm,將該介質基板依次在去離子水和丙酮中超聲清洗lOmin，烘乾備用；另外置備玻璃相粉體二氧化矽，並選購純度為99. 99%的分子式為Laa7Sra3MnO3的錳酸鍶鑭粉體；
(2)製備電阻漿料將準備的錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體按100 I質量比混合，在混合後的粉體中加入與錳酸鍶鑭粉體等質量的有機溶劑松油醇，然後進行球磨，球磨時球磨機的轉速為200rpm/min，球磨時間為Ih ;球磨後得電阻漿料，用兩倍於玻璃相粉體質量的、增稠劑乙基纖維素調節電阻漿料的黏度至250000mPas ；
(3)製備錳酸鍶鑭容性周期結構陣列將上述步驟(2)中配製好的電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在前述的介質基板上，絲網印刷圖形為十字形，該十字形的遠端長度m=4. 5mm、寬度n=l. Omm,基本結構單元周期h=6. Omm (參見圖4),室溫下流平IOmin,然後於80°C溫度下烘乾10h，再以5°C /min的速率升溫至1000°C，保溫6h後，自然降溫，得到雷達吸波陶瓷產品。經檢測，本實施例製得的雷達吸波陶瓷產品中，測得錳酸鍶鑭電阻膜的方阻約為50 Q/sq0本實施例的雷達吸波陶瓷實測常溫反射率曲線如圖6，由圖6可見，在6GHz 18GHz範圍內衰減大於IOdB的帶寬為8. 5GHz。 實施例3
一種如圖I和圖2所示的具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，包括介質陶瓷材料構成的介質基層，介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片排列成矩陣式結構(基本結構單元周期I為8. Imm)並構成雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。本實施例的雷達吸波陶瓷中，錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片為正方形(邊長a為4. 6mm)o本實施例中的介質基層是選用莫來石材料製成的莫來石介質基板。本實施例的雷達吸波陶瓷的製備方法包括以下步驟
(1)材料準備選購純度為99.99%、介電常數為6. 5的莫來石材料加工成莫來石介質基板,加工後介質基板的尺寸為180_X180_X2. 2mm,將該介質基板依次在去離子水和丙酮中超聲清洗lOmin，烘乾備用；另外置備玻璃相粉體二氧化矽，並選購純度為99. 99%的分子式為Laa6Sra4MnO3的錳酸鍶鑭粉體；
(2)製備電阻漿料將準備的錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體按100 2質量比混合，在混合後的粉體中加入與錳酸鍶鑭粉體等質量的有機溶劑松油醇，然後進行球磨，球磨時球磨機的轉速為200rpm/min，球磨時間為Ih ;球磨後得電阻漿料，用與玻璃相粉體等質量的增稠劑乙基纖維素調節電阻漿料的黏度至150000mPas ；
(3)製備錳酸鍶鑭容性周期結構陣列將上述步驟(2)中配製好的電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在前述的介質基板上，絲網印刷圖形為正方形，該正方形的邊長a=4. 6mm,基本結構單元周期1=8. Imm (參見圖I),室溫下流平IOmin,然後於80°C溫度下烘乾10h，再以5°C /min的速率升溫至1000°C，保溫6h後，自然降溫，得到雷達吸波陶瓷產品。經檢測，本實施例製得的雷達吸波陶瓷產品中，測得錳酸鍶鑭電阻膜的方阻約為112Q/sq0本實施例的雷達吸波陶瓷實測常溫反射率曲線如圖7，由圖7可見，在6GHz 18GHz範圍內衰減大於IOdB的帶寬為9. 7GHz。實施例4
一種如圖4和圖5所示的具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，包括介質陶瓷材料構成的介質基層，介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片排列成矩陣式結構(基本結構單元周期h=6. 7mm)並構成雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。本實施例的雷達吸波陶瓷中，錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片為十字形(該十字形的遠端長度m=6. 0mm、寬度n=l. 0mm)。本實施例中的介質基層是選用莫來石材料製成的莫來石介質基板。本實施例的雷達吸波陶瓷的製備方法包括以下步驟(1)材料準備選購純度為99.99%、介電常數為6. 5的莫來石材料加工成莫來石介質基板,加工後介質基板的尺寸為180_X180_X2. 2mm,將該介質基板依次在去離子水和丙酮中超聲清洗lOmin，烘乾備用；另外置備玻璃相粉體二氧化矽，並選購純度為99. 99%的分子式為Laa6Sra4MnO3的錳酸鍶鑭粉體；
(2)製備電阻漿料將準備的錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體按100 I質量比混合，在混合後的粉體中加入與錳酸鍶鑭粉體等質量的有機溶劑松油醇，然後進行球磨，球磨時球磨機的轉速為200rpm/min，球磨時間為Ih ;球磨後得電阻漿料，用兩倍於玻璃相粉體質量的增稠劑乙基纖維素調節電阻漿料的黏度至250000mPas ；
(3)製備錳酸鍶鑭容性周期結構陣列將上述步驟(2)中配製好的電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在前述的介質基板上，絲網印刷圖形為十字形，該十字形的遠端長度m=6. Omm、寬度n=l. Omm,基本結構單元周期h=6. 7mm (參見圖4),室溫下流平IOmin,然後於80°C溫度下烘乾10h，再以5°C /min的速率升溫至1000°C，保溫6h後，自然降溫，得到雷達吸波陶瓷產品。
經檢測，本實施例製得的雷達吸波陶瓷產品中，測得錳酸鍶鑭電阻膜的方阻約為59 Q/sq0本實施例的雷達吸波陶瓷實測常溫反射率曲線如圖8，由圖8可見，在6GHz 18GHz範圍內衰減大於IOdB的帶寬為9. 6GHz。實施例5
一種如圖I和圖2所示的具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，包括介質陶瓷材料構成的介質基層，介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片排列成矩陣式結構(基本結構單元周期I為7. 5mm)並構成雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。本實施例的雷達吸波陶瓷中，錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片為正方形(邊長a為
4.2mm)。本實施例中的介質基層是選用氮化鋁材料製成的氮化鋁介質基板。本實施例的雷達吸波陶瓷的製備方法包括以下步驟
(1)材料準備選購純度為99.99%、介電常數為8. 6的氮化鋁材料加工成氮化鋁介質基板,加工後介質基板的尺寸為180_X 180mmX I. 8mm,將該介質基板依次在去離子水和丙酮中超聲清洗lOmin，烘乾備用；另外置備玻璃相粉體二氧化矽，並選購純度為99. 99%的分子式為Laa65Sra35MnO3的錳酸鍶鑭粉體；
(2)製備電阻漿料將準備的錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體按100 2質量比混合，在混合後的粉體中加入與錳酸鍶鑭粉體等質量的有機溶劑松油醇，然後進行球磨，球磨時球磨機的轉速為200rpm/min，球磨時間為Ih ;球磨後得電阻漿料，用與玻璃相粉體等質量的增稠劑乙基纖維素調節電阻漿料的黏度至150000mPas ；
(3)製備錳酸鍶鑭容性周期結構陣列將上述步驟(2)中配製好的電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在前述的介質基板上，絲網印刷圖形為正方形，該正方形的邊長a=4. 2mm,基本結構單元周期1=7. 5mm (參見圖I),室溫下流平IOmin,然後於80°C溫度下烘乾10h，再以5°C /min的速率升溫至1000°C，保溫6h後，自然降溫，得到雷達吸波陶瓷產品。經檢測，本實施例製得的雷達吸波陶瓷產品中，測得錳酸鍶鑭電阻膜的方阻約為106 Q/sq0本實施例的雷達吸波陶瓷實測常溫反射率曲線如圖9，由圖9可見，在6GHz 18GHz範圍內衰減大於IOdB的帶寬為9. OGHz。實施例6 一種如圖4和圖5所示的具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，包括介質陶瓷材料構成的介質基層，介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片排列成矩陣式結構(基本結構單元周期h=6. Omm)並構成雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。本實施例的雷達吸波陶瓷中，錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片為十字形(該十字形的遠端長度m=4. 5mm、寬度n=l. 0mm)。本實施例中的介質基層是選用氮化招材料製成的氮化招介質基板。本實施例的雷達吸波陶瓷的製備方法包括以下步驟
(1)材料準備選購純度為99.99%、介電常數為8. 6的氮化鋁材料加工成氮化鋁介質基板,加工後介質基板的尺寸為180_X 180mmX I. 8mm,將該介質基板依次在去離子水和丙酮中超聲清洗lOmin，烘乾備用；另外置備玻璃相粉體二氧化矽，並選購純度為99. 99%的分子式為Laa65Sra35MnO3的錳酸鍶鑭粉體；
(2)製備電阻漿料將準備的錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體按100 I質量比混合，在混合後的粉體中加入與錳酸鍶鑭粉體等質量的有機溶劑松油醇，然後進行球磨，球磨時球磨機的轉速為200rpm/min，球磨時間為Ih ;球磨後得電阻漿料，用兩倍於玻璃相粉體質量的·增稠劑乙基纖維素調節電阻漿料的黏度至250000mPas ；
(3)製備錳酸鍶鑭容性周期結構陣列將上述步驟(2)中配製好的電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在前述的介質基板上，絲網印刷圖形為十字形，該十字形的遠端長度m=4. 5mm、寬度n=l. Omm,基本結構單元周期h=6. Omm (參見圖4),室溫下流平IOmin,然後於80°C溫度下烘乾10h，再以5°C /min的速率升溫至1000°C，保溫6h後，自然降溫，得到雷達吸波陶瓷產品。經檢測，本實施例製得的雷達吸波陶瓷產品中，測得錳酸鍶鑭電阻膜的方阻約為52 Q/sq0本實施例的雷達吸波陶瓷實測常溫反射率曲線如圖10，由圖10可見，在6GHz 18GHz範圍內衰減大於IOdB的帶寬為8. 8GHz。
權利要求
1.一種具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，所述雷達吸波陶瓷包括介質陶瓷材料構成的介質基層，其特徵在於所述介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，所述的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片排列成矩陣式結構並構成所述雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。
2.根據權利要求I所述的雷達吸波陶瓷，其特徵在於所述錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片為正方形、十字架形、圓形或圓環形。
3.根據權利要求I或2所述的雷達吸波陶瓷，其特徵在於所述介質陶瓷材料為氧化鋁陶瓷材料、二氧化鋯陶瓷材料、氮化鋁陶瓷材料、碳化矽陶瓷材料及前述陶瓷材料的複合材料。
4.一種如權利要求I 3中任一項所述的雷達吸波陶瓷的製備方法，其步驟包括 (1)材料準備準備所述介質陶瓷材料製成的介質基板，同時置備玻璃相粉體和分子式為La1^xSrxMnO3的錳酸鍶鑭粉體，其中，0. I ^ x ^ 0. 5 ； (2)製備電阻漿料將所述錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體按100 (I 10)質量比混合，在混合後的粉體中加入混合粉體質量20% 300%的有機溶劑，然後進行球磨，球磨後得電阻漿料並調節電阻漿料的黏度； (3)製備錳酸鍶鑭容性周期結構陣列將上述步驟(2)中製備得到的所述電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在所述介質基板上，經過流平、烘乾、升溫和保溫步驟後，自然降溫得到雷達吸波陶瓷。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於所述玻璃相粉體為納米微粉Si02、B203、PbO、CaO、MgO、Al2O3中的至少一種；所述有機溶劑為松油醇、松節油、丁基卡必醇酸脂或鄰苯二甲酸二丁酯。
6.根據權利要求4或5所述的製備方法，其特徵在於所述球磨時球磨機的轉速為150 250 rpm/min,球磨時間為 IOmin 5h。
7.根據權利要求4或5所述的製備方法，其特徵在於所述調節電阻漿料的黏度是指採用增稠劑乙基纖維素將電阻漿料的黏度調節至IXlO5 10X105mPas。
8.根據權利要求4或5所述的製備方法，其特徵在於所述流平是在室溫下操作，流平時間為IOmin以上；所述烘乾時的烘乾溫度為80°C 120°C，烘乾時間為IOh以上。
9.根據權利要求4或5所述的製備方法，其特徵在於所述升溫時的升溫速率為5 80C /min，所述保溫時的溫度範圍為1000°C 1200°C，所述保溫時間為4 10h。
全文摘要
本發明公開了一種具有容性周期結構的雷達吸波陶瓷，包括介質陶瓷材料構成的介質基層，介質基層上固接有周期性排列的多個錳酸鍶鑭電阻薄膜貼片，貼片排列成矩陣式結構並構成雷達吸波陶瓷的容性周期損耗層。該雷達吸波陶瓷的製備方法包括準備介質陶瓷材料製成的介質基板，同時置備玻璃相粉體和錳酸鍶鑭粉體，將錳酸鍶鑭粉體與玻璃相粉體混合，加入有機溶劑進行球磨，得電阻漿料並調節其黏度；將製得的電阻漿料通過具有周期結構的絲網印刷在介質基板上，經過流平、烘乾、升溫和保溫步驟後，自然降溫得到雷達吸波陶瓷。本發明的雷達吸波陶瓷寬頻吸波性能高且防熱功能好。
文檔編號C04B35/636GK102718576SQ201210217960
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者周永江, 康越, 李增剛, 楚增勇, 程海峰 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學