負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料及其製備方法

2023-08-02 02:05:36

專利名稱：負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料及其制 備方法，屬於電磁波吸收材料領域。
背景技術：
在現代戰爭中，隱身技術已經成為當今尖端軍事技術之一，其中雷達波 吸收材料(簡稱吸波材料)的研究和應用是隱身技術發展的重要組成部分(康 飛宇，鄭永平，彭俊芳，中國專利，2003, CN1395466)。實現隱身的技術途 徑主要有兩類 一是通過外形設計儘量減少雷達波散射截面。但因受到戰術 技術指標和環境條件的限制，進行理想設計有相當大的難度；二是應用吸波 材料。因研製吸波材料則較為容易，且易於實施，所以吸波材料研究成為隱 身技術中的研究熱點。此外，隨著電子信息產業的迅速發展，大量電子產品 向外發射電磁波，從而造成電磁波公害。由於電磁波吸收材料在社會生活和 國防建設中的重要作用，對於航天、國防工業、通訊和日常生活造成很大影 響，因而研究開發電磁波吸收材料成為人們日益關注的重要課題。 發明內容:本發明的目的是提供一種負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材 料及其製備方法，通過竹炭表面陶瓷化和內部負載磁性金屬以及孔道內部矽 基陶瓷晶須的生成，可同時發揮電阻型、電介質型和磁介質型三種損耗機理的作用，有效地實現對電磁波輻射的吸收。本發明的負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料，為天然竹材經 擴孔、炭化後，負載磁性金屬，再經表面陶瓷化的多孔材料；也可以是市售 的工業竹炭粉直接負載磁性金屬，再經二氧化矽表面陶瓷化的多孔材料。其 特徵是材料的內部孔道負載有磁性金屬且生長有碳化矽陶瓷晶須。本發明上述負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料的製備方法，依次包括以下步驟(l)天然竹材的擴孔處理與炭化(a)將加工成所需形狀和大小的竹片幹 燥後在擴孔劑中浸泡至少10小時，然後將浸泡後的竹片在120'C烘乾；再在800 100(TC的溫度，在惰性氣體保護氣氛下炭化1 3小時，製得竹炭 片；炭化時間以竹片完全炭化為準，不宜過短或過長，過短炭化不完全，過 長造成能源浪費，通常至少1小時。(2)負載磁性金屬將(l)中的竹炭片或竹炭在磁性金屬的鹽溶液中浸漬至少12小時，然後過濾出來在12(TC烘乾；(3) 溶膠浸漬將(2)中的產物在真空環境中浸泡於二氧化矽溶膠中至少 8小時，然後過濾出來於60。C保持至少3小時，使二氧化矽溶膠凝膠化，再 在12(TC烘乾；(4) 表面陶瓷化將(3)中的產物在1450 155(TC的溫度炭化1 3小時， 使表面生成碳化矽陶瓷層，內部孔道形成碳化矽陶瓷晶須。炭化時間不宜過 短或過長，過短達不到發明效果，過長造成能源浪費，通常至少l小時。所述的擴孔劑是1 3mol/L的硫酸、硝酸或氫氧化鈉水溶液。所述的磁性金屬的鹽溶液是鐵、鈷、鎳金屬的鹽溶液或上述兩種或三種 金屬的混合鹽溶液。鹽溶液的濃度不能太低，否則，吸附的量無法滿足要求， 最好不低於2mol/L。上述炭化處理最好在惰性氣體保護下進行，如氮氣或氬氣保護氣氛。 本發明所採用的天然竹材為內部有發達的多孔結構的竹種，如莉竹、毛 竹等。本發明的優點是工藝簡單，加工製造成本低廉，製備同時發揮電阻型、 電介質型和磁介質型三種損耗機理的電磁波吸波材料。本發明的負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料，除保持了竹炭 發達的孔道結構，內部孔道還負載有磁性金屬且生長有碳化矽陶瓷晶須，用 作吸波材料可同時發揮三種損耗作用的機理在於首先，本發明中的竹炭是 經過1450'C以上的高溫炭化的，石墨化程度提高，導電性增強，可用做電 阻型吸波劑。竹炭表面的p-SiC的電阻率介於金屬和半導體之間，屬於雜質 型半導體，也可用做電阻型吸波劑。其次，在陶瓷化反應過程中，竹炭孔道 內生成的Si/C/N和Si/C/N/O等矽基陶瓷晶須是電介質型吸波劑，主要通過 介質極化馳豫損耗來吸收電磁波，另外，竹炭中負載的磁性金屬粒子或磁性 合金粒子可用做磁介質型吸波劑。同時竹炭內部發達的孔道和界面也增加了 結構型吸波方面的性能。


圖1:是利用本方法實施例1製備的負載磁性金屬Ni的表面陶瓷化多 孔竹炭吸波材料的掃描電鏡照片。圖2:是利用本方法實施例1製備的負載磁性金屬Ni的表面陶瓷化多 孔竹炭吸波材料在2 18GHz的反射率圖。圖3:是利用本方法實施例2製備的負載磁性金屬Fe的表面陶瓷化多 孔竹炭吸波材料的X射線衍射譜。
具體實施例方式
實施例l從刺竹上切割20mmx8mmx3mm的竹片，將竹片烘乾，去除水分。將 竹片浸泡在濃度為3mol/L的氫氧化鈉溶液中10小時，然後抽濾並用去離子 水衝洗至濾出液的pH值為7。將竹片在12(TC烘乾。將竹片置於炭化爐中 在氮氣保護下80(TC炭化處理，保溫時間為3小時，製備竹炭。將竹炭浸泡在3mol/L的硫酸鎳溶液中12小時，然後抽濾。將竹炭在 120'C烘乾。將竹炭置於配置好的二氧化矽溶膠中在真空中滲透10小時，然後取出 在烘箱中以6(TC的溫度加熱4小時，使二氧化矽溶膠發生凝膠化反應，然 後繼續以12(TC的溫度烘乾。最後，將竹炭置於炭化爐中在氮氣保護下150(TC炭化處理，保溫時間 為3小時，得到負載磁性金屬鎳的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料。用XL-30型場發射環境掃描電鏡(美國FEI公司製造)，斷面經噴金處 理，觀察負載磁性金屬Ni的表面陶瓷化多孔竹炭的縱剖面，結果如圖l所 示，部分竹炭孔道填充著晶須狀物質，能譜分析表明這些物質是SiC,發揮電 阻型吸波劑的作用。將上述吸波材料磨成粉末，分散到環氧樹脂基體中，然後在180X 180mm、 厚度為5mm的鋁板表面塗膜烘乾，製成電磁波吸收塗層。當吸波材料的含量 為10%，塗層厚度為2mm時，樣品在2 18GHz的反射率見圖2。 實施例2稱取5g粒度為500目的竹炭粉，烘乾，去除水分。將竹炭粉浸泡在濃度為lmol/L的硫酸溶液中18小時，然後抽濾並用去離子水衝洗至濾出液的 pH值為7。將竹炭粉在烘箱中120。C烘乾。再將竹炭粉浸泡在2mol/L的氯化鐵溶 液中18小時，然後抽濾。將竹炭粉在12(TC烘乾。將竹炭粉置於配置好的二氧化矽溶膠中在真空中滲透8小時，然後取出 在烘箱中以6(TC的溫度保持3小時，使二氧化矽溶膠發生凝膠化反應，繼 續以12(TC的溫度烘乾。最後，將竹炭粉置於炭化爐中在氮氣保護下1450'C炭化處理，保溫時 間為2小時，就得到負載磁性金屬鐵的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料。用日本理學Rigakv D/max-2400型X-射線衍射儀測試樣品的相成分，結 果如圖3所示，表明樣品的成分除碳以外還有碳化矽和微量的鐵。 實施例3從毛竹上切割15mmx6mmx3mm的竹片，將竹片烘乾，去除水分。將 竹片浸泡在濃度為2mol/L的硝酸溶液中20小時，然後抽濾並用去離子水衝 洗直到濾出液的pH值為7。將竹片在120'C烘乾。將竹片置於炭化爐中在 氮氣保護下IOO(TC炭化處理，保溫時間為1小時，製備竹炭。將竹炭浸泡在2.5mol/L的氯化鐵溶液中12小時，然後抽濾。將竹炭浸 泡在2.5mol/L的硫酸鎳溶液中12小時，然後抽濾。將竹片在120'C烘乾。將竹炭置於配置好的二氧化矽溶膠中在真空中滲透12小時，然後取出 在烘箱中以6(TC的溫度加熱5小時，使二氧化矽溶膠發生凝膠化反應，繼 續以12(TC的溫度烘乾。最後，將竹炭置於炭化爐中在氮氣惰性氣體保護下155(TC炭化處理，保溫時間為1小時，就得到負載磁性金屬鐵鎳合金的表面陶瓷化多孔竹炭吸 波材料。實施例4從莉竹上切割18mmx8mmx4mm的竹片，將竹片烘乾，去除水分。將 竹片浸泡在濃度為2mol/L的硫酸溶液中12小時，然後抽濾並用去離子水衝 洗直到濾出液的pH值為7。將竹片在12(TC烘乾。將竹片置於炭化爐中在 氮氣保護下900'C炭化處理，保溫時間為2小時，製備竹炭。將竹炭浸泡在2mol/L的氯化鐵溶液中12小時，然後抽濾。將竹炭浸泡 在2mol/L的硫酸鎳溶液中12小時，然後抽濾。再將竹炭浸泡在2mol/L的 硫酸鈷溶液中12小時，然後抽濾。將竹片在12(TC烘乾。將竹炭置於配置好的二氧化矽溶膠中在真空中滲透15小時，然後取出 在烘箱中以6(TC的溫度加熱5小時，使二氧化矽溶膠發生凝膠化反應，繼 續以12(TC的溫度烘乾。最後，將竹炭置於炭化爐中在氮氣惰性氣體保護下152(TC炭化處理， 保溫時間為2小時，就得到負載磁性金屬鐵鈷鎳合金的表面陶瓷化多孔竹炭 吸波材料。 實施例5稱取8g粒度為500目的竹炭粉，烘乾，去除水分。將竹炭粉浸泡在濃 度為2mol/L的氫氧化鈉溶液中15小時，然後抽濾並用去離子水衝洗至濾出 液的pH值為7。將竹炭粉在烘箱中12(TC下烘乾。再將竹炭粉浸泡在2mol/L的氯化鈷 溶液中16小時，然後抽濾。將竹炭粉在12(TC烘乾。將竹炭粉置於配置好的二氧化矽溶膠中在真空中滲透io小時，然後取出在烘箱中以6(TC的溫度加熱4小時，使二氧化矽溶膠發生凝膠化反應， 繼續以12(TC的溫度烘乾。最後，將竹炭粉置於炭化爐中在氮氣保護下1480。C炭化處理，保溫時 間為2.5小時，就得到負載磁性金屬鈷的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料。
權利要求
1. 一種負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料，為天然竹材經擴孔、炭化後，負載磁性金屬，再經表面陶瓷化的多孔材料，其特徵是材料的內部孔道負載有磁性金屬且生長有碳化矽陶瓷晶須。
2. 根據權利要求1的吸波材料，其特徵是吸波材料為竹炭直接負載 磁性金屬，再經表面陶瓷化的多孔材料。
3. —種權利要求1或2所述負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波 材料的製備方法，依次包括以下步驟(1) 天然竹材的擴孔處理與炭化:將加工成所需形狀和大小的竹片乾燥後 在擴孔劑中浸泡至少10小時，然後將浸泡後的竹片在12(TC烘乾;再在800 100(TC的溫度，在惰性氣體保護氣氛下炭化1 3小時，製得竹炭片；(2) 負載磁性金屬將(l)中的竹炭片或竹炭在磁性金屬的鹽溶液中浸漬至少12小時，然後過濾出來在12(TC烘乾；(3) 溶膠浸漬將(2)中的產物在真空環境中浸泡於二氧化矽溶膠中至少 8小時，然後過濾出來於60'C保持至少3小時，使二氧化矽溶膠凝膠化，再 在120'C烘乾；(4) 表面陶瓷化將(3)中的產物在1450 155(TC的溫度，在惰性氣體保 護氣氛下，炭化1 3小時，使表面生成碳化矽陶瓷層，內部孔道形成碳化 矽陶瓷晶須。
4. 根據權利要求3的製備方法，其特徵是所述的擴孔劑是1 3mol/L 的硫酸、硝酸或氫氧化鈉水溶液。
5. 根據權利要求3的製備方法，其特徵是所述的磁性金屬的鹽溶液 是鐵、鈷、鎳金屬的鹽溶液或上述金屬的兩種或三種混合鹽溶液。
6. 根據權利要求5的製備方法，其特徵是所述的磁性金屬的鹽溶液 濃度不低於2mol/L。
全文摘要
本發明涉及一種負載磁性金屬的表面陶瓷化多孔竹炭吸波材料及其製備方法，屬於電磁波吸收材料領域。通過竹炭表面陶瓷化和內部負載磁性金屬以及孔道內部矽基陶瓷晶須的生成，可同時發揮電阻型、電介質型和磁介質型三種損耗機理的作用，有效地實現對電磁波輻射的吸收。
文檔編號H05K9/00GK101269992SQ20081010497
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者劉金明, 宋懷河, 嶽永德, 張東升, 陳曉紅 申請人:北京化工大學;國際竹藤網絡中心