[发明专利]吸波型SiBCN纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种吸波型SiBCN纳米纤维及其制备方法，属于陶瓷吸波材料技术领域。所述吸波型SiBCN纳米纤维微观相结构由碳化硅相、自由碳相和硅硼碳氮非晶基体相组成，所述碳化硅相和所述自由碳相分散在所述硅硼碳氮非晶基体相中。本发明的SiBCN纳米纤维中的SiBCN非晶基体相为电绝缘基体，具有优异的透波性能，而SiC相和自由碳相具有良好的介电性能，可改善SiBCN纳米纤维与自由空间之间的阻抗失配，使得入射的电磁波会尽可能多地由空气介质渗透到SiBCN纳米纤维中，并转化为内部能量。而且均匀分布在电绝缘基体中的由SiC相和自由碳相组成的导电相可以进一步调节材料的介电常数，引起较高的介电损耗以增强SiBCN纳米纤维的电磁波吸收能力。

技术领域

本发明涉及陶瓷吸波材料技术领域，特别涉及一种吸波型SiBCN纳米纤维及其制备方法。

背景技术

随着现代电子通信的飞速发展，不但提供了基本的通讯保障，也逐步实现了信息的快速传递。随之产生的电磁辐射和干扰，使得空间电磁环境日趋复杂，电磁污染已经成为人们实际生活中日益关注的话题和热点问题。日常家用电器、移动电话、计算机和电子设备都会生大量的电磁波辐射，使得电磁波吸收材料受到越来越多的关注。

传统型吸波材料主要包括铁氧体、金属合金、石墨等，具有较高的吸波强度，但其吸收频带不宽和密度较大，尤其是铁氧体和金属合金类吸波材料由于密度大的原因限制了其在该领域的进一步发展。近年来，随着对如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)等聚合物衍生陶瓷的深入研究，发现它们具有优异的高温半导体性能和压阻特性，在吸波材料中具有潜在的应用价值，显示出用作微波吸收剂的前景。但是上述聚合物衍生陶瓷在微波吸收方面性能不佳，通过聚合物前驱体的分子结构设计、掺杂元素的引入、高介电分散相的引入和热解过程的调节等，有望合成具有高微波吸收特性的聚合物衍生陶瓷。

硅硼碳氮(SiBCN)陶瓷具有轻质、低热膨胀系数、高硬度、高模量、耐腐蚀及优异的耐高温、抗氧化和抗蠕变等性能，是重要的超高温陶瓷系统，广泛应用于高温发动机、涡轮机、原子反应堆壁、高温传感器、催化剂热交换 系统、燃烧系统、热保护系统及航空航天等装置和高技术领域。由于其优良的性能使得SiBCN陶瓷在用于制备严苛环境中使用的吸波材料的研究中越来越受到人们的重视。但是，目前的SiBCN陶瓷有效吸收带宽相对较窄，电磁波衰减系数低，使其在微波吸收剂领域的发展受到很大程度的限制，其电磁波吸收性能仍有待提高。

发明内容

针对以上现有技术中SiBCN陶瓷电磁波吸收性能不佳的问题，本发明提供了一种吸波型SiBCN纳米纤维，并进一步提供了该吸波型SiBCN纳米纤维的制备方法。

为实现上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种吸波型SiBCN纳米纤维，微观相结构由碳化硅相、自由碳相和硅硼碳氮非晶基体相组成，所述碳化硅相和所述自由碳相分散在所述硅硼碳氮非晶基体相中。

进一步地，按质量百分比计，所述碳化硅相占比10-50％，所述自由碳相占比20-30％，所述硅硼碳氮非晶基体相占比20-70％。

进一步地，所述碳化硅相占比30％，所述自由碳相占比20％，所述硅硼碳氮非晶基体非晶基体相占比50％。

进一步地，所述SiBCN纳米纤维的直径为100-500nm。

另外，本发明提供了如上所述的吸波型SiBCN纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1、在惰性氛围下，将聚硅硼氮烷胶状固体溶于无水二氯甲烷中，超声分散后静置，得到静电纺丝用的纺丝溶液；

S2、将步骤S1的所述纺丝溶液注入静电纺丝设备中进行静电纺丝，得到聚硅硼氮烷纺丝纤维；

S3、在惰性氛围下，将步骤S2的所述聚硅硼氮烷纺丝纤维从室温升温至 150-250℃并保温，进行固化交联；