[发明专利]一种碳化硅复合材料的吸波陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到雷达吸波陶瓷领域，具体涉及一种多层结构的碳化硅复合材料的吸波陶瓷及其制备方法。

背景技术

目前研制的雷达吸波陶瓷材料主要以陶瓷微粉为雷达吸收剂，采用热压工艺制备而成，如Si/C/N陶瓷颗粒增强LAS玻璃、莫来石、Si₃N₄等陶瓷材料，但此类材料存在以下不足：1)介电性能难以实现梯度分布，雷达吸波频段较窄；2)颗粒增强陶瓷材料韧性较差，易发生灾难性破坏；3)热压工艺难以制备大型复杂构件。而连续纤维增强陶瓷基复合材料具有耐高温、抗氧化、高比强度、高比模量、高韧性等优点，并且易于成型大型复杂构件，但目前研制的连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_f/SiC)复合材料以及连续碳纤维增强碳化硅(C_f/SiC)复合材料主要用于热防护、热结构，由于未进行必要的介电性能改性，雷达吸波性能不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种具有较宽吸收频段、较好的力学性能和防热功能的碳化硅复合材料的吸波陶瓷，并相应提供制备该碳化硅复合材料的吸波陶瓷的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种碳化硅复合材料的吸波陶瓷，为一包括匹配层、损耗层、介质层和反射层的多功能层叠加型结构，其中，所述的匹配层、损耗层以及介质层均由连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料构成，所述反射层由连续碳纤维增强碳化硅基复合材料构成，充当各功能层中增强材料的连续碳化硅纤维及连续碳纤维均具有不同的电阻率。

作为对上述技术方案的进一步改进，外层匹配层中的连续碳化硅纤维的电阻率最大，内层反射层中连续碳纤维的电阻率最小，紧邻匹配层的损耗层中连续碳化硅纤维的电阻率小于紧邻反射层的介质层中连续碳化硅纤维的电阻率。

上述的碳化硅复合材料的吸波陶瓷，所述匹配层中连续碳化硅纤维的电阻率优选为10⁵Ω·cm～10⁶Ω·cm，所述损耗层中连续碳化硅纤维的电阻率优选为0.8Ω·cm～1.2Ω·cm，所述介质层中连续碳化硅纤维的电阻率优选为10⁴Ω·cm～10⁵Ω·cm，所述反射层中连续碳纤维的电阻率优选为10^-3Ω·cm～10^-2Ω·cm。

上述的碳化硅复合材料的吸波陶瓷，所述匹配层的厚度优选为2.0mm～2.3mm，所述损耗层的厚度优选为0.3mm～0.4mm，所述介质层的厚度优选为2.3mm～2.5mm，所述反射层的厚度优选为0.7mm～0.9mm。

本发明的碳化硅复合材料的吸波陶瓷的各功能层的结构组合方式及性能参数，通过以下方法确定：首先分别将不同电阻率的连续碳化硅纤维平纹布利用先驱体浸渍裂解工艺制成二维连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料，分别测试其介电常数；然后将连续碳纤维平纹布利用先驱体浸渍裂解工艺制成二维连续碳纤维增强碳化硅复合材料，测试其介电常数；再将得到的不同复合材料的介电常数建立数据库，以单纯形法作为材料吸波性能的优化方法，以6GHz～18GHz频段内反射率小于-8dB的带宽最大为优化目标，对吸波陶瓷的层数、各层所用纤维的电阻率以及各层厚度进行参数优化，优化出吸波陶瓷材料结构及各功能层的性能参数。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种制备上述的碳化硅复合材料的吸波陶瓷方法，包括以下工艺步骤：

(1)选取增强材料：选取满足各功能层介电性能要求的连续碳化硅纤维平纹布和连续碳纤维平纹布；

(2)制备浆料：将聚碳硅烷溶于二乙烯基苯和二甲苯的混合液中，并添加碳化硅微粉作为填料，混合均匀后制得浆料；

(3)制备粗坯：利用步骤(2)制得的浆料对步骤(1)中具有不同介电性能的各连续碳化硅纤维平纹布和连续碳纤维平纹布进行涂刷，然后按照所述各功能层的叠加顺序，将涂刷浆料后的各连续碳化硅纤维平纹布和连续碳纤维平纹布铺入模具中，经过模压、热交联、裂解制得吸波陶瓷粗坯；

(4)制备成品：再以聚碳硅烷和二甲苯为先驱体浸渍溶液，采用先驱体浸渍裂解工艺，对所述陶瓷粗坯进行反复致密化加工，制得碳化硅复合材料的吸波陶瓷。

上述技术方案中，步骤(2)中的聚碳硅烷、二乙烯基苯、碳化硅微粉和二甲苯的质量配比优选为1∶(0.4～0.6)∶(0.6～0.8)∶(0.1～0.3)。