TiC和SiC納米材料的制備及微波吸收性能研究.pdf

1、隨著電子設備和無線通訊的快速發(fā)展，電磁干擾和輻射污染問題已經(jīng)嚴重影響了人們生活和國家安全，尤其是雷達波隱身技術已經(jīng)成為軍事戰(zhàn)略的制高點之一。目前，電磁波吸收材料的研究依然立足于傳統(tǒng)的吸波材料，對于新型吸波材料的研究開發(fā)明顯不足，特別是高溫和高頻段的微波吸收材料。因此，研究新型微波材料不僅對豐富和擴大吸收材料的種類和應用領域具有現(xiàn)實意義，還具有較高的理論價值。
　　基于多重微波損耗機制，納米吸波材料顯示出優(yōu)良的微波吸收性能。作為典型

2、的無氧陶瓷，TiC和SiC具有高熔點、低密度、良好導電和導熱性、優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性等特性，結合這些優(yōu)異的特性和納米結構使得TiC和SiC納米材料成為潛在的微波吸收材料。本論文以納米材料的制備和應用為背景，采用氯氣輔助碳熱還原反應法、熱化學反應法和納米鑄造法，分別系統(tǒng)地研究了TiC納米線、TiC納米顆粒/Ti和有序內部填充結構SiC/SiO2納米材料的可控制備及其微觀結構，并分析了它們在X波段(8.2~12.4 GHz)的室溫和高溫微波吸收

3、性能和相應的損耗機理。主要研究內容與結果如下：
　　(1)研究了以氯氣輔助碳熱還原法制備 TiC納米線。研究表明，以Ni(NO3)2·6H2O為催化劑、NaCl為輔助劑、蔗糖為碳源和TiO2納米粉為Ti源，成功制備了面心立方結構的單晶TiC納米線，其長徑比和比表面積分別為80~100和186.7 m2/g。TiC納米線的初始生長機理為VSL機理，并給出了可能的化學反應方程式。
　　(2)以丙酮為碳源，研究了在金屬Ti顆粒表面

4、原位生長TiC納米顆粒。結果表明，當載氣Ar流量為50 ml/min，通過鼓泡方式攜帶0 ℃的丙酮進入反應腔體，反應溫度和反應時間分別為800℃和2.0 h時，大小約為300 nm的TiC納米顆粒均勻且稠密地分布在金屬Ti顆粒表面，其晶體結構為多晶面心立方結構，晶粒大小約為8.0 nm。熱力學計算表明，丙酮在高溫下熱解產(chǎn)生的小分子氣體CHx優(yōu)先與Ti發(fā)生熱化學反應得到TiC。
　　(3)以聚碳硅烷(PCS)和有序介孔氧化硅SBA-

5、15為前驅體和硬模板，采用納米鑄造和冷壓成型工藝制備有序內部填充結構SiC/SiO2塊體陶瓷復合材料。結果表明，PCS轉化生成的SiC納米顆粒幾乎完全填滿了有序介孔SBA-15的納米孔道。復合材料的結晶度隨著反應溫度的升高而增大，其晶型為β-SiC。在反應溫度不高于1400 ℃時，SiC/SiO2復合材料不僅能夠保持有序內部填充結構，而且具有一定的機械強度。
　　(4)詳細表征了TiC納米線、TiC納米顆粒/Ti和有序填充結構Si

6、C作為吸波劑與石蠟或SiO2的復合材料在X波段的常溫和高溫微波吸收性能。結果表明，在常溫環(huán)境中，摻比量為30 wt％的TiC納米線與石蠟混合材料具有最強的吸收強度：厚度為1.7 mm時，其最小反射損耗約為-51.0 dB；而1400 ℃制備的SiC/SiO2復合材料顯示出最大的吸收寬度：厚度為3.0 mm時，有效吸收寬度(RL<-10 dB)覆蓋整個X波段。在高溫環(huán)境中，摻比量為7.5 wt%的TiC納米線/SiO2復合材料在300 ℃

7、具有最強的吸收強度：厚度為3.0 mm時，最小反射損耗數(shù)值為-61.0 dB；而1300 ℃制備的SiC/SiO2復合材料具有優(yōu)異的吸收寬度，在25~500 ℃范圍內始終存在一個匹配的厚度，使其有效吸收寬度(RL<-10 dB)為整個X波段。
　　(5)研究了上述三種材料的微波損耗機理，結合四分之一波長定律和阻抗匹配定律分析了單層吸收體的微波吸收性能。結果表明，三種材料優(yōu)異的吸收性能主要源于多重損耗機制：長徑比較大的TiC納米線分