碳化硅吸波性能研究進展和應用

碳化硅吸波性能研究進展和應用

陳欣   趙文希  

（湖州源沁新材料有限公司，浙江湖州 311300）

【摘要】碳化硅具有優良的化學穩定性和良好的吸波性能，并且材料來源廣、成本低，

在吸波領域有極大應用前景。碳化硅屬于電損耗型吸波材料，材料的電導率對吸波性能有很大的影響，復合材料比單一的碳化硅有更高的吸波性能。

本文主要介紹了影響碳化硅吸波性能的幾個主要因素，并對碳化硅在涂料、防輻射服、工程塑料領域的應用進行了簡單介紹。

【關鍵詞】納米碳化硅；吸波材料；研究進展；吸波材料應用

1引言

碳化硅屬于半導體材料，具有良好的高溫穩定性、耐化學腐蝕、優異的抗氧化性能和低熱膨脹系數等優點，是當前國內外研究最多的耐高溫吸收劑。

碳化硅作為吸波劑主要包括粉體和纖維兩種形態，但是常規的碳化硅并不具備良好的吸波性能，需對其進行改性處理。對碳化硅粉體而言，通常采取提高碳化硅純度和摻雜鐵、鈷、鎳改性等方法；對碳化硅纖維而言，主要是調整纖維吸收劑的電阻率，使其在101～103Ω.ｃｍ之間，一般采用調節纖維的燒成溫度和表面改性。

對于碳化硅吸波材料的損耗機理，一般認為是多種損耗機制共同作用的結果，主要以介電損耗型吸波為主。

2 影響碳化硅吸波性能的主要因素

2.1 碳化硅粉的改性及微觀結構

    大比表面積，導致界面極化增強，對改善電磁參數和阻抗匹配有重要作用。

  β碳化硅比a相碳化硅具有更強的吸波能力。

碳化硅表面包覆鎳改性可以實現材料的微觀層復合，改善碳化硅本身的吸波性能。改性碳化硅涂層材料，厚度為0.35mm，吸波劑含量為60% 時獲得最佳的性能：最低反射率為-22.07dB，頻率為 16.24GHz。

   宏觀層復合大大提高了碳化硅的吸波性能，層順序的變化也會影響材料的吸波性能。不同層的交換可以改進材料的低頻吸收性能，還可以改善在整個頻段范圍內吸收均勻性，能夠獲得較寬的吸收頻帶。

枝狀碳化硅晶須最大反射損耗比直線狀碳化硅晶須有較大提高，有效帶寬增加也得到增加；枝狀碳化硅納米線的最大反射損耗和有效帶寬比直線狀碳化硅納米線也有較大提高。

2.2 碳化硅纖維復合材料

碳化硅纖維增強復合材料是一種具有高強度、高抗氧化性、低密度和優良熱穩定性的先進功能材料。

碳化硅纖維增強復合材料的界面能顯著影響介電性能和改變吸波性能。李華展等采用真空袋工藝制備了單向碳化硅纖維/環氧樹脂復合材料，發現當碳化硅纖維體積分數為25%、厚度為3 mm時，復合材料的吸波性能最佳，反射率在 X 波段內均小于-5 dB，最小為-9.9 dB。

基體的性能也會影響碳化硅纖維復合材料的吸波性能：炭黑可以提高基體的導電性；添加Al 2 O 3 會降低復合材料的導電性。WAN等制備了兩種導電性不同的碳化硅纖維，發現復合材料的吸收帶寬可以達到6 GHz，最低的反射率在8~18 GHz的范圍內大約為-20 dB。

碳化硅纖維是介電損耗材料，沒有磁損耗，改變磁導率，能夠有效改善碳化硅纖維的吸波性能。

劉旭光等通過在上漿劑中加入羰基鐵粉，制備三葉形和三折葉形碳化硅纖維/羰基鐵粉復合纖維束，從而改變碳化硅纖維的磁導率。對其吸波性能進行考察的結果表明：改性后的三葉形碳化硅纖維/羰基鐵粉反射率衰減大于-10 dB的頻寬增大了2.48 GHz；三折葉形碳化硅纖維/羰基鐵粉反射率衰減大于-10 dB的頻寬增大了1.52 GHz。

3碳化硅的主要應用

3.1 涂料材料領域

3.1.1軍事材料領域

為了保證軍事目標和武器裝備的安全生存和肩負的神圣職責，人們采取了各種辦法進行隱蔽性保護措施，在目標外表面涂覆保護隱身涂膜仍然是一種簡單易行且有效的方

法。

由水溶性樹脂、硅烷偶聯劑、納米吸波微粒（納米碳化硅，納米氧化鋅，氧化石墨烯）、保護劑等水溶性納米隱身涂料在8-18GHz微波頻率范圍和紅外線波長為0.76-3μm，3-5μm，8-14μm三個大氣窗口實現了多波段吸波效果。通過電磁波反射損失進行試驗，該涂料膜層用紅外光譜測試儀與反射率弓形測試儀測試可達85%以上的吸收率。

3.1.2 微波設備領域

   現有的微波爐煎烤盤涂覆的吸波材料是采用鐵氧體材料滲入在橡膠膠內部；由于滲入量比例有限及吸波材料的品種單一，烤盤表面溫度低，材料本身不耐高溫，而且容易發

出刺鼻氣味，達不到好的煮食效果；因此，有必要設計一種全新的適合微波爐使用的吸波材料，以滿足當前微波爐的需要，克服上述缺陷。

以復合吸波材料（碳化硅粉末、羰基鐵纖維粉末、鉻鐵粉纖維粉末、氧化鋅粉末等復合）和粘結劑制備的耐高溫微波爐用煎烤盤的涂覆材料能夠吸收微波并轉化成熱能，具有無毒、耐高溫、不開裂、吸收微波的頻率寬、轉化效率高的特點。該涂覆材料可使煎烤盤能承受微波煎烤溫度 200℃以上，具有更適合于微波煎、烤的功能。

3.2 防輻射服領域

眾所周知，現代生活中，各種電子設備，如電腦、手機、微波爐等都產生大量的電磁

輻射，科學研究和實驗證明，這些輻射對人體是有害無益的，應該盡量避免，特別是孕婦和

嬰幼兒，更應當減少和避免接收這些輻射。

  以碳化硅纖維，如納米碳化硅纖維作為吸收式防輻射層制備的防輻射服具有很好的吸收屏蔽輻射效果

3.3工程塑料領域

  尼龍11和經過KH550表面改性的納米β碳化硅通過熔融共混法，分別在擠出機和注塑機中共混，得到尼龍11/碳化硅復合材料。將其當做吸波材料填充到體系中，填充量10%，厚度2mm時，達到-26dB，且反射損失低于-10dB(代表90%的吸收）的頻帶寬超過4GHz。基本滿足對吸波材料“寬、輕、薄、強”的要求。

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10.王志強，石磊等.一種PA11/SiC復合材料及其制備方法

【作者簡介】

陳欣，女，1986.2.23，湖州源沁新材料有限公司，產品總監

趙文希，男，1979.3.6，湖州源沁新材料有限公司，技術總監