【摘要】：微波吸波材料在軍用隱身、電磁兼容、電磁防護(hù)等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。隨著武器裝備的發(fā)展,現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)要求高速飛行器在具有良好的吸波隱身性能之外還應(yīng)兼具優(yōu)異的耐高溫性能�；谶@一要求開(kāi)發(fā)的傳統(tǒng)耐高溫吸波材料雖然兼具隱身和耐高溫性能,但由于不能擺脫單一的電損耗吸收機(jī)制,厚度厚、性能對(duì)溫度敏感、帶寬窄、制備復(fù)雜等問(wèn)題都制約著高溫吸波材料的發(fā)展及應(yīng)用。吸波超材料具有吸收機(jī)制豐富,厚度薄、吸收強(qiáng),設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn),然而由于大都采用金屬-聚合物的材料體系因此并不能應(yīng)用于高溫環(huán)境�；诖�,本文利用超材料的設(shè)計(jì)原理,選用耐高溫原材料,設(shè)計(jì)制備兩種耐高溫吸波超材料以解決傳統(tǒng)高溫吸波材料的吸收機(jī)制單一、性能對(duì)溫度敏感、吸收帶寬窄以及制備工藝復(fù)雜等問(wèn)題。具體內(nèi)容如下:首先,通過(guò)將耐高溫導(dǎo)電陶瓷二硼化鈦(TiB_2)和介電陶瓷氧化鋁(Al_2O_3)進(jìn)行復(fù)合設(shè)計(jì)并制備出在X波段吸收性能對(duì)溫度不敏感的耐高溫吸波超材料。超材料的強(qiáng)吸收來(lái)源于由幾何結(jié)構(gòu)和Al_2O_3的介電性質(zhì)引起的磁共振吸收。同時(shí)建立了精確的數(shù)學(xué)模型,將超材料的主要參數(shù)與吸收特性緊密聯(lián)系起來(lái),用于指導(dǎo)超材料的設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,當(dāng)溫度在25°C和800°C之間變化時(shí),由于Al_2O_3的介電性質(zhì)及超材料的幾何參數(shù)幾乎不隨溫度變化因此超材料的吸收峰位及強(qiáng)度幾乎保持不變。TiB_2和Al_2O_3在高溫下優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)一步確保了超材料在高溫下的耐久性。其次,提出了一種耐高溫寬帶吸波超材料設(shè)計(jì)和制備方法,得到了在整個(gè)X波段均具有90%以上吸收率的寬帶吸波性能、可在室溫到400°C工作的吸波超材料。該超材料結(jié)構(gòu)由上層石墨電阻膜方片單元,底層石墨反射層以及中間氧化鋁介質(zhì)層構(gòu)成,結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)過(guò)有限元模擬優(yōu)化得到,制備通過(guò)絲網(wǎng)印刷法完成。實(shí)驗(yàn)證實(shí),超材料的實(shí)測(cè)與模擬吸收性能吻合良好,在不同溫度下其在X波段的吸收性能均大于90%。吸波超材料吸收源于磁共振機(jī)制導(dǎo)致的寬帶阻抗匹配,并且對(duì)電磁波的損耗以發(fā)生在電阻膜層的歐姆損耗為主,其方阻變化是影響超材料高溫吸收性能的主要因素。由于所采用的硅鋁酸鹽-石墨復(fù)合電阻膜在室溫到400°C具有較穩(wěn)定的導(dǎo)電性,因而其吸波性能可保持較好的穩(wěn)定性。
【圖文】：

1-1 計(jì)算得到的反射損耗與頻率和溫度的三維圖：(a) d=4.75mm，(c) d=5.25mm; (d)隨機(jī)分散在二氧化硅中的短切碳纖維和(e)高的短切碳纖維中的 SEM 照片[3]1-1 Three-dimensional plots of calculated reflection loss vs. frequenmperature: (a) d=4.75mm, (b) d=5mm, (c) d=5.25 mm；(d) SEM atagnification of the CFs randomly dispersed in silica and (e) SEM at magnification of the CFsng 等人[6]用炭黑（CB）和多壁碳納米管（MWCNTs）為吸收劑聚酰亞胺為基體，，設(shè)計(jì)制備了的高溫吸波材料復(fù)合材料具有高溫吸波性能。如圖 1-2 所示，炭黑和多壁碳納米管的混合填散性增強(qiáng)了復(fù)合材料的機(jī)械性能。 當(dāng)厚度為 1.7mm、混合填在25°C和200°C時(shí)其小于-10dB的吸收帶寬分別為2.2GHz和2溫度進(jìn)一步的升高，復(fù)合材料的介電常數(shù)會(huì)大幅升高導(dǎo)致阻能變差。Zhang 等人[7]利用改進(jìn)的 Hummers 法使用氧化石墨

1-2 (a)-(d)在不同升高溫度下 5wt％含量的聚酰亞胺基質(zhì)納米復(fù)合材料的反損耗曲線; (e)在聚酰亞胺基質(zhì)中填充劑的分散體的 SEM 圖像，所述填料具有5wt％的含量用于雜化填料(f)由多壁碳納米管和 CB 構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)概念圖[6Fig. 1-2. (a)-(d) The reflection loss curves of polyimide matrix nanocomposites wi5 wt% content at different elevated temperature; (e) The SEM images of thedispersion of the fillers with 5 wt% content for hybrid fillers in polyimide matrix (Schema of a co-supporting networked formed by MWCNTs and CB.3.2 碳化硅類(lèi)高溫吸波材料與碳類(lèi)高溫吸波材料相比，碳化硅類(lèi)吸波材料由于具有耐磨性好、機(jī)械強(qiáng)、相對(duì)質(zhì)量輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好、耐高溫等優(yōu)勢(shì)成為目前各國(guó)研為廣泛的耐高溫吸波材料，國(guó)外已有大量投入實(shí)際應(yīng)用的案例。法國(guó) APTG航導(dǎo)彈[8]的飛行尾翼就是由六角形小塊 SiC 陶瓷吸波材料制備而成。美國(guó)空 F- 117、 F- 22 等隱身戰(zhàn)機(jī)[9]上使用的主要吸波材料納米 SiC 及其改性復(fù)合
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB34

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2 許sシ

本文編號(hào)：2672202