多孔碳化硅基材料的制备与吸波性能研究
发布时间：2021-06-13 15:38
随着雷达探测系统、精确制导技术的迅猛发展与应用,大型航空飞行器或装备系统在使用时面临极大的威胁。吸波材料可以有效降低目标的可探测信号,对提高目标的生存与防御能力具有重要意义。传统磁性吸波材料具有密度大、有效吸波频带窄、耐温和耐腐蚀性差的问题,无法满足装备在苛刻条件下长期服役的要求。针对上述问题,本文探究了具有不同微观多孔形貌和孔隙率可调的多孔SiC基材料的可控制备方法,分析了多孔SiC基材料的形成过程,研究了多孔形貌、材料组成、多孔结构对材料电磁参数和吸波性能的影响,为多孔SiC基吸波材料的应用提供了实验与理论依据。以廉价、孔壁薄、孔道结构发达的生物质茄子为前驱体,通过冷冻干燥、高温碳化和碳热还原步骤制备了生物质衍生SiC基气凝胶。所制备的生物质衍生SiC基气凝胶具有生物质茄子三维连通多孔结构的形貌特点,密度在0.050-0.076 g/cm3之间。在1500℃下制备的生物质衍生SiC基气凝胶具有SiC纳米线填充三维连通多孔SiC结构的独特形貌。从反应热力学和动力学的角度分析了SiC孔壁和SiC纳米线的形成过程。生物质衍生SiC基气凝胶在较低的密度下具有良好的抗压性能,最大抗压强度为2...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
隐身战机与轰炸机的照片[22]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-图1-2入射电磁波的反射、吸收和透射过程示意图Fig.1-2Schematicdiagramforprocessesofincident,reflectionandtransmissionelectromagneticwave因此，在设计吸波材料时，应当尽可能减少表面的电磁波反射作用，使入射电磁波能进入材料的内部，也就是要符合传输环境和材料间的阻抗匹配条件。进入材料内部的电磁波能量要最大程度地被材料迅速吸收，降低电磁波的透射作用，也就是要符合材料对电磁波能量的衰减原则。由传输线理论可知[23]，电磁波的反射系数Γ，材料阻抗Zin与自由空间阻抗Z0的关系见式（1-2）。00ininZZZZ(1-2)iiniZ(1-3)000Z(1-4)式中i——材料的磁导率；i——材料的介电常数；0——自由空间的磁导率；0——自由空间的介电常数。当电磁波的反射作用最小时，电磁波可完全进入材料中，即Γ=0，Z0=Zin，00//ii。因此从阻抗匹配条件的角度，也就是要求材料的相对介电常数（0/ri）与相对磁导率（0/ri）相等。对于实际的吸波材料，很难满足这一要求，但可以尽可能地减少相对磁导率和相对介电常数的差异。从能量衰减原则的角度，材料应当具有较高的损耗能力。但高损耗与阻抗匹配是相互矛盾的，高损耗必然引起高反射。因此在实际情况中要尽量平衡这两个因素，才能达到最佳的吸波效果。
汀?hang等人[62]通过系统研究发现，SiC材料晶格内部的位错结构和电子结构对材料的吸波性能具有重要影响。他们采用X射线衍射仪、X射线近边吸收光谱和透射电子显微镜对不同温度下制备SiC纳米线的堆垛层错状态与电子结构进行了分析。当反应温度为1400°C时，SiC纳米线的生长方向与堆垛层错所在平面间的夹角为35°。当温度升高到1600°C时，这个夹角也随之增加到90°，并且堆垛层错含量随着温度的升高而降低。在同步辐射X射线近边吸收光谱中可以发现，当SiC纳米线堆垛层错的含量越高，所对应C原子的未占据能态密度也越高。如图1-3所示，SiC纳米线的吸波性能也与其堆垛层错的含量有关。在1400°C温度条件下制备的SiC纳米线，其内部堆垛层错含量最高，因此C原子的未占据能态密度最大。在电磁波作用下，产生极化作用，最终使在1400°C温度下获得的SiC纳米线表现出最佳的吸波性能。图1-3堆垛层错含量、C的未占据轨道能量和吸波性能与制备温度之间的关系[62]Fig1-3relationshipamongthecarbonunoccupiedDOS,stackingfaultcontentandlowestRLvalueswiththefabricatingtemperature[62]对SiC介电材料的常温吸波材料而言，在表面修饰磁性材料有利于阻抗匹配和界面极化作用。介电材料虽然没有磁性，但采用耐高温的介电材料对SiC
【参考文献】：
期刊论文
[1]Foam structure to improve microwave absorption properties of silicon carbide/carbon material[J]. Wanchong Li,Chusen Li,Lihai Lin,Yan Wang,Jinsong Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(11)
[2]精确制导前沿成像探测技术[J]. 罗成高,邓彬,程永强,王文鹏,王宏强,王展. 国防科技大学学报. 2019(05)
[3]耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展[J]. 胡悦,黄大庆,史有强,张昳,何山,丁鹤雁. 航空材料学报. 2019(05)
[4]雷达射频隐身技术研究与发展[J]. 张杰,江涛,张怀根,章宏. 现代雷达. 2019(06)
[5]铁氧体吸波复合材料研究进展[J]. 祁亚利,殷鹏飞,张利民,李宁. 宇航材料工艺. 2019(03)
[6]综述:SiC/Al界面反应与界面结构演变规律及机制[J]. 邱丰,佟昊天,沈平,丛晓霜,王轶,姜启川. 金属学报. 2019(01)
[7]SiC纤维增强SiC高温结构吸波材料研究现状[J]. 丁冬海,王晶,肖国庆. 硅酸盐学报. 2019(01)
[8]碳化硅陶瓷基复合材料的自愈合及结构吸波一体化研究进展[J]. 马晓康,殷小玮,范晓孟,成来飞,张立同. 航空材料学报. 2018(05)
[9]SiC多孔陶瓷材料的研究新进展[J]. 赵菁,茹红强,徐昱峰. 化工管理. 2018(23)
[10]羰基铁粉抗氧化性能研究现状[J]. 周影影,谢辉,周万城. 材料导报. 2018(05)
博士论文
[1]炭纤维微观结构对碳化物生长的影响及碳化物生长机制[D]. 朱辉.武汉科技大学 2017
[2]SiCf/SiC高温结构吸波复合材料的制备及性能研究[D]. 穆阳.西北工业大学 2016
[3]SiC纳米线增韧硅基和铪基高温防氧化抗烧蚀涂层研究[D]. 褚衍辉.西北工业大学 2016
[4]典型半导体材料电学性能的温度依赖特性研究[D]. 豆艳坤.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]Cf-SiCnws增强SiBCN陶瓷复合材料的制备及性能研究[D]. 唐伟康.哈尔滨工业大学 2019
[2]多孔SiC陶瓷及其与环氧树脂复合材料的制备研究[D]. 杨彬.中国海洋大学 2009
本文编号：3227808
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
隐身战机与轰炸机的照片[22]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-图1-2入射电磁波的反射、吸收和透射过程示意图Fig.1-2Schematicdiagramforprocessesofincident,reflectionandtransmissionelectromagneticwave因此，在设计吸波材料时，应当尽可能减少表面的电磁波反射作用，使入射电磁波能进入材料的内部，也就是要符合传输环境和材料间的阻抗匹配条件。进入材料内部的电磁波能量要最大程度地被材料迅速吸收，降低电磁波的透射作用，也就是要符合材料对电磁波能量的衰减原则。由传输线理论可知[23]，电磁波的反射系数Γ，材料阻抗Zin与自由空间阻抗Z0的关系见式（1-2）。00ininZZZZ(1-2)iiniZ(1-3)000Z(1-4)式中i——材料的磁导率；i——材料的介电常数；0——自由空间的磁导率；0——自由空间的介电常数。当电磁波的反射作用最小时，电磁波可完全进入材料中，即Γ=0，Z0=Zin，00//ii。因此从阻抗匹配条件的角度，也就是要求材料的相对介电常数（0/ri）与相对磁导率（0/ri）相等。对于实际的吸波材料，很难满足这一要求，但可以尽可能地减少相对磁导率和相对介电常数的差异。从能量衰减原则的角度，材料应当具有较高的损耗能力。但高损耗与阻抗匹配是相互矛盾的，高损耗必然引起高反射。因此在实际情况中要尽量平衡这两个因素，才能达到最佳的吸波效果。
汀?hang等人[62]通过系统研究发现，SiC材料晶格内部的位错结构和电子结构对材料的吸波性能具有重要影响。他们采用X射线衍射仪、X射线近边吸收光谱和透射电子显微镜对不同温度下制备SiC纳米线的堆垛层错状态与电子结构进行了分析。当反应温度为1400°C时，SiC纳米线的生长方向与堆垛层错所在平面间的夹角为35°。当温度升高到1600°C时，这个夹角也随之增加到90°，并且堆垛层错含量随着温度的升高而降低。在同步辐射X射线近边吸收光谱中可以发现，当SiC纳米线堆垛层错的含量越高，所对应C原子的未占据能态密度也越高。如图1-3所示，SiC纳米线的吸波性能也与其堆垛层错的含量有关。在1400°C温度条件下制备的SiC纳米线，其内部堆垛层错含量最高，因此C原子的未占据能态密度最大。在电磁波作用下，产生极化作用，最终使在1400°C温度下获得的SiC纳米线表现出最佳的吸波性能。图1-3堆垛层错含量、C的未占据轨道能量和吸波性能与制备温度之间的关系[62]Fig1-3relationshipamongthecarbonunoccupiedDOS,stackingfaultcontentandlowestRLvalueswiththefabricatingtemperature[62]对SiC介电材料的常温吸波材料而言，在表面修饰磁性材料有利于阻抗匹配和界面极化作用。介电材料虽然没有磁性，但采用耐高温的介电材料对SiC
【参考文献】：
期刊论文
[1]Foam structure to improve microwave absorption properties of silicon carbide/carbon material[J]. Wanchong Li,Chusen Li,Lihai Lin,Yan Wang,Jinsong Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(11)
[2]精确制导前沿成像探测技术[J]. 罗成高,邓彬,程永强,王文鹏,王宏强,王展. 国防科技大学学报. 2019(05)
[3]耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展[J]. 胡悦,黄大庆,史有强,张昳,何山,丁鹤雁. 航空材料学报. 2019(05)
[4]雷达射频隐身技术研究与发展[J]. 张杰,江涛,张怀根,章宏. 现代雷达. 2019(06)
[5]铁氧体吸波复合材料研究进展[J]. 祁亚利,殷鹏飞,张利民,李宁. 宇航材料工艺. 2019(03)
[6]综述:SiC/Al界面反应与界面结构演变规律及机制[J]. 邱丰,佟昊天,沈平,丛晓霜,王轶,姜启川. 金属学报. 2019(01)
[7]SiC纤维增强SiC高温结构吸波材料研究现状[J]. 丁冬海,王晶,肖国庆. 硅酸盐学报. 2019(01)
[8]碳化硅陶瓷基复合材料的自愈合及结构吸波一体化研究进展[J]. 马晓康,殷小玮,范晓孟,成来飞,张立同. 航空材料学报. 2018(05)
[9]SiC多孔陶瓷材料的研究新进展[J]. 赵菁,茹红强,徐昱峰. 化工管理. 2018(23)
[10]羰基铁粉抗氧化性能研究现状[J]. 周影影,谢辉,周万城. 材料导报. 2018(05)
博士论文
[1]炭纤维微观结构对碳化物生长的影响及碳化物生长机制[D]. 朱辉.武汉科技大学 2017
[2]SiCf/SiC高温结构吸波复合材料的制备及性能研究[D]. 穆阳.西北工业大学 2016
[3]SiC纳米线增韧硅基和铪基高温防氧化抗烧蚀涂层研究[D]. 褚衍辉.西北工业大学 2016
[4]典型半导体材料电学性能的温度依赖特性研究[D]. 豆艳坤.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]Cf-SiCnws增强SiBCN陶瓷复合材料的制备及性能研究[D]. 唐伟康.哈尔滨工业大学 2019
[2]多孔SiC陶瓷及其与环氧树脂复合材料的制备研究[D]. 杨彬.中国海洋大学 2009
本文编号：3227808
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