一种基于DLP打印电磁波吸收材料及其制备方法

本发明涉及一种基于dlp打印电磁波吸收材料及其制备方法，属于吸波材料。

背景技术：

1、电气设备的运行产生越来越多的电磁辐射和干扰，导致人类的电磁环境日益恶化。此外，仪器和无线通信设备必须与严重的电磁波干扰作斗争，电磁干扰会阻碍仪器和设备的安全运行。减少甚至控制电磁污染已成为现代科技的一大挑战。因此，为了满足现代电磁衰减的要求，保护器件不受电磁干扰，需要研制范围广、吸收效率高的新型电磁吸收材料。除了优异的电磁吸收能力外，定制成型零件被认为是电磁防护实际应用中的另一项重要技术要求。碳化硅(sic)因具有优异的高温吸收性能、可调的电学性能、耐高温抗氧化、高断裂韧性、低密度和高熔点等优异性能，成为研究者的关注热点。由于传统的电磁吸波材料制备方法都是基于减法制造，难以适应当前大规模生产和定制成型的制造趋势，极大地限制了电磁吸波材料的应用和发展。光固化成型作为增材制造中的一项新技术，不需要复杂的模具。可以从计算机上设计的3d模型中制备任意复杂形状的零件。光固化成型从设计到完成只需一个步骤，显示出强大的实际应用潜力。然而，由于sic阻抗匹配不加，高电阻导致低导电损耗，低频段应用限制等问题限制了其在吸波领域的发展。且sic材料由于对紫外光吸收较强，限制了其光固化成型领域的应用。因此，亟需开发一种技术，将3d打印技术在结构设计和精确成型方面的优势与吸波材料相结合，设计性能更高、吸波带更宽、质量更轻的吸波材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于光固化成型技术的电磁吸波材料及其制备方法。本发明提供的耐高温电磁吸波陶瓷基复合材料的制备工艺与传统制备工艺有所不同，其优势在于利用光固化3d打印技术结合碳热还原工艺，调控材料的介电性能与吸波特性。为设计性能更高、吸波带更宽、质量更轻的吸波材料提供了新的思路。

2、一方面，本发明提供了一种基于dlp打印电磁波吸收材料的制备方法，包括：

3、(1)将吸波剂、透波材料、造孔剂、光敏树脂和光引发剂混合，得到预混浆料后再经真空脱气处理，得到打印浆料；

4、(2)将所得打印浆料添加至dlp打印机中进行光固化成型，再进行超声清洗和后固化，得到生坯；

5、(3)将所得生坯进行脱粘和酚醛浸渍，得到浸渍体；

6、(4)将所得浸渍体经过碳热还原，得到所述基于dlp打印电磁波吸收材料。

7、本发明中，将吸波剂与透波材料混合配置吸波陶瓷光固化浆料，利用光固化3d打印制备得到陶瓷生坯，结合碳热还原工艺原位生长碳化硅纳米线(sicnw)调控陶瓷坯体介电常数与吸波性能。

8、较佳的，步骤(1)中，所述吸波剂为碳化硅粉体、碳纤维和碳化硅晶须/纳米线中的至少一种；

9、所述透波材料为二氧化硅粉体、氧化铝粉体和氮化硅粉体中的至少一种；

10、所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯空心微球(pmma)、聚苯乙烯微球(ps)和聚氯乙烯(pvc)中的至少一种；

11、所述光敏树脂为光敏树脂为1、6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和氨基甲酸酯丙烯酸树脂、酚醛环氧丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的至少一种；

12、所述光引发剂为苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦和1-羟基-环己基苯甲酮中的至少一种。

13、较佳的，步骤(1)中，所述光敏树脂占光敏树脂、吸波剂、透波材料和造孔剂总体积的45～55vol％；

14、所述预混浆料中吸波剂的固含量为25vol％～40vol％，优选32.5vol％；

15、所述预混浆料中透波材料的固含量为5～20vol％，优选12.5vol％；

16、所述预混浆料中造孔剂的含量为0～10vol％，优选5vol％；优选地，所述预混浆料中吸波剂、透波材料和造孔剂的总固含量为40～60vol％，优选为40～50vol％；

17、所述光引发剂的用量为光敏树脂质量的2～5％。

18、较佳的，步骤(1)中，所述混合为机械搅拌，所述机械搅拌的搅拌时间为10～20min；

19、所述真空脱气时间为10～20min。

20、较佳的，步骤(2)中，所述光固化3d打印的工艺参数包括：曝光功率为2～20mw/cm2，首层曝光时间为10～15s，其余层曝光时间为5～10s，每层固化厚度为25～100μm，优选为75μm；

21、所述后固化时间为30～90s。

22、较佳的，步骤(3)中，所述脱粘的温度为800～900℃，保温时间为0.5～1h；优选地，所述脱粘的升温速率为1～5℃/min，脱粘完成后随炉冷却至室温。

23、较佳的，步骤(3)中，所述酚醛浸渍所用浸渍液为酚醛树脂溶液，溶剂选自无水乙醇、丙酮、异丙醇和去离子水中的至少一种；优选地，所述浸渍液中酚醛树脂的浓度为30～70vol％，更优选为酚醛树脂与无水乙醇质量比1:1的混合溶液；

24、所述酚醛浸渍的浸渍时间为1～4h，优选为2h。

25、较佳的，步骤(4)中，所述碳热还原的温度控制程序包括：从室温加热到900℃并保温0.5～1h，再从900℃加热到1300℃～1500℃并保温2～6h后，随炉冷却至室温；优选地，所述碳热还原的升温速率为1～5℃/min。

26、另一方面，本发明提供了一种根据上述的制备方法制备的基于dlp打印电磁波吸收材料，所述基于dlp打印电磁波吸波材料的厚度为2～6mm，有效吸收带宽在8～18ghz。所述基于dlp打印电磁波吸波材料的吸收波段近乎覆盖x和ku波段。

27、有益效果：

28、本发明采用光固化3d打印技术结合碳热还原工艺制备出sic/sio2电磁吸波材料，基于碳热还原工艺，原位生长sicnw，改善材料介电性能，基于这种材料的介电性能，仿真模拟设计出最佳的吸波结构单元，继而采用光固化3d打印技术来实现这种高精度电磁吸波结构单元的制备，通过调控浆料成分与打印参数，实现最优的吸波结构制备。

29、本发明制备的电磁波吸收材料有效吸波带宽≥7.2ghz，近乎覆盖x和ku波段，最小反射损耗角rlmin＝-51.8db，显示出优异的电磁吸收特性，具有广阔的应用前景。

30、本发明与传统电磁吸收材料制备工艺不同，利用光固化3d打印技术成型电磁吸收材料，具有成型速度快、尺寸精度高，利于制备复杂形状结构的材料，满足不同功能化应用的需求。为陶瓷基电磁吸收材料的快速成型与结构设计提供了一种崭新的思路。

技术特征：

1.一种基于dlp打印电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述吸波剂为碳化硅粉体、碳纤维和碳化硅晶须/纳米线中的至少一种；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述光敏树脂占光敏树脂、吸波剂、透波材料和造孔剂总体积的45～55vol％；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合为机械搅拌，所述机械搅拌的搅拌时间为10～20min；

5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述光固化3d打印的工艺参数包括：曝光功率为2～20mw/cm2，首层曝光时间为10～15s，其余层曝光时间为5～10s，每层固化厚度为25～100μm，优选为75μm；

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述脱粘的温度为800～900℃，保温时间为0.5～1h；优选地，所述脱粘的升温速率为1～5℃/min，脱粘完成后随炉冷却至室温。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述酚醛浸渍所用浸渍液为酚醛树脂溶液，溶剂选自无水乙醇、丙酮、异丙醇和去离子水中的至少一种；优选地，所述浸渍液中酚醛树脂的浓度为30～70vol％，更优选为酚醛树脂与无水乙醇质量比1:1的混合溶液；

8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述碳热还原的温度控制程序包括：从室温加热到900℃并保温0.5～1h，再从900℃加热到1300℃～1500℃并保温2～6h后，随炉冷却至室温；优选地，所述碳热还原的升温速率为1～5℃/min。

9.一种权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备的基于dlp打印电磁波吸收材料，其特征在于，所述基于dlp打印电磁波吸波材料的厚度为2～6mm，有效吸收带宽在8～18ghz。

技术总结本发明涉及一种基于DLP打印电磁波吸收材料及其制备方法。所述基于DLP打印电磁波吸收材料的制备方法包括：(1)将吸波剂、透波材料、造孔剂、光敏树脂和光引发剂混合，得到预混浆料后再经真空脱气处理，得到打印浆料；(2)将所得打印浆料添加至DLP打印机中进行光固化成型，再进行超声清洗和后固化，得到生坯；(3)将所得生坯进行脱粘和酚醛浸渍，得到浸渍体；(4)将所得浸渍体经过碳热还原，得到所述基于DLP打印电磁波吸收材料。技术研发人员：杨勇,王朝阳,唐杰,姚秀敏,黄政仁受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18