一种格栅型陶瓷基吸波复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及吸波材料，具体涉及一种格栅型陶瓷基吸波复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统吸波材料吸收频段窄以及使用温度低，高超声速飞行器热端部件的高温隐身需求难以满足，因此亟需研究一种耐高温宽频吸波材料。

2、连续纤维增强陶瓷基复合材料具有密度小、强度高、抗氧化以及耐高温等特点，是耐高温部件的理想选择。目前主要采用铺层设计来提高陶瓷基复合材料的高温吸波性能，但由于制备工艺限制，材料对低频电磁波的吸收能力较弱，难以实现宽频吸波。

3、格栅吸波结构作为一种超材料，可以通过材料和结构设计实现对电磁波的宽频吸收，同时具有质量轻、强度高等优异的力学性能，是一种优异的承载吸波一体化结构。目前格栅结构吸波材料通常是由导电碳纤维与树脂基透波复合材料组成，存在强度低、抗氧化性差以及不耐高温的问题。将陶瓷基复合材料制备成格栅结构，可实现高温宽频吸波，但是陶瓷基复合材料制备工艺复杂，通过纤维编织实现格栅结构难度大。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的不足，本发明主要解决现有技术中格栅结构吸波材料通常是由导电碳纤维与树脂基透波复合材料组成，存在强度低、抗氧化性差以及不耐高温的问题。本发明提供一种格栅型陶瓷基吸波复合材料及其制备方法和应用。该方法制备的格栅型陶瓷基吸波复合材料具有优异的室温和高温吸波性能。通过互锁结构以及在连接处沉积基体，增强格栅结构的力学性能。

2、本发明第一个目的是提供一种格栅型陶瓷基吸波复合材料，包括多个陶瓷基复合平板通过纵横交错形成的格栅结构；

3、每个陶瓷基复合平板为长方体；

4、每个陶瓷基复合平板沿长边方向在其一侧均等距开设有多个凹槽；

5、多个陶瓷基复合平板纵横交错时，其纵向的陶瓷基复合平板上的凹槽，与横向的陶瓷基复合平板上的凹槽，互相嵌入其中，形成互锁的格栅结构；

6、其中，每个陶瓷基复合平板上的相邻凹槽之间的间距为5~15mm；

7、所述格栅结构中的纵向陶瓷基复合平板与横向陶瓷基复合平板的连接处上沉积有基体；

8、所述陶瓷基复合平板包括纤维预制体，以及所述纤维预制体上依次沉积的界面层和基体；

9、所述纤维预制体是将多层纤维布通过叠层而制得的板体；所述纤维布是通过连续陶瓷纤维束丝编织而成；

10、所述界面层包括氮化硼界面层；

11、所述基体包括碳化硅基体和/或氮化硅基体。

12、优选的，所述陶瓷纤维包括碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维中的一种或多种。

13、优选的，所述复合平板的厚度为1~8 mm。

14、优选的，所述界面层的厚度为200~500 nm。

15、本发明第二个目的是提供一种格栅型陶瓷基吸波复合材料的制备方法，包括以下步骤：

16、制备陶瓷基复合平板；

17、将陶瓷基复合平板的长边上进行等距开槽，得到陶瓷基复合材料格栅板；

18、将多个陶瓷基复合材料格栅板交叉组装形成互锁的格栅结构，之后使用模具固定并放入沉积炉内，在连接处沉积基体，得到格栅型陶瓷基吸波复合材料。

19、优选的，所述陶瓷基复合平板是按照以下步骤制得：

20、制备纤维预制体；

21、将纤维预制体置于真空炉中，通入氢气、氩气、氨气以及三氯化硼，在纤维预制体表面沉积氮化硼界面层；

22、将表面沉积有氮化硼界面层的纤维预制体置于沉积炉中，通入氩气、氢气以及基体对应的气体，在氮化硼界面层表面沉积基体，即得陶瓷基复合平板。

23、优选的，在纤维预制体表面沉积氮化硼界面层时，真空炉内压力为200~600pa，温度为500~900℃，沉积时间为20~40h。

24、优选的，在氮化硼界面层表面沉积基体时，沉积炉内压力为400~700pa，温度在600~9000℃，沉积时间为80~120h。

25、本发明第三个目的是提供一种格栅型陶瓷基吸波复合材料在电磁波吸收中的应用。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明提供了一种格栅型陶瓷基吸波复合材料及其制备方法和应用；本发明采用化学气相渗透结合开槽互锁，提供一种工艺简单、周期短、效率高的耐高温格栅型陶瓷基吸波复合材料制备工艺。通过纤维、界面、基体的材料设计以及格栅结构设计，所制备的格栅型陶瓷基吸波复合材料具有优异的室温和高温吸波性能。通过互锁结构以及在连接处沉积基体，增强格栅结构的力学性能。

技术特征：

1.一种格栅型陶瓷基吸波复合材料，其特征在于，包括多个陶瓷基复合平板通过纵横交错形成的格栅结构；

2.根据权利要求1所述的格栅型陶瓷基吸波复合材料，其特征在于，所述陶瓷纤维包括碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的格栅型陶瓷基吸波复合材料，其特征在于，所述复合平板的厚度为1~8 mm。

4.根据权利要求1所述的格栅型陶瓷基吸波复合材料，其特征在于，所述界面层的厚度为200~500 nm。

5.一种权利要求1~4任一项所述的格栅型陶瓷基吸波复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的格栅型陶瓷基吸波复合材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷基复合平板是按照以下步骤制得：

7.根据权利要求6所述的格栅型陶瓷基吸波复合材料的制备方法，其特征在于，在纤维预制体表面沉积氮化硼界面层时，真空炉内压力为200~600pa，温度为500~900℃，沉积时间为20~40h。

8.根据权利要求6所述的格栅型陶瓷基吸波复合材料的制备方法，其特征在于，在氮化硼界面层表面沉积基体时，沉积炉内压力为400~700pa，温度在600~9000℃，沉积时间为80~120h。

9.一种权利要求1~4任一项所述的格栅型陶瓷基吸波复合材料在电磁波吸收中的应用。

技术总结本发明公开了一种格栅型陶瓷基吸波复合材料及其制备方法和应用，涉及吸波材料技术领域。包括多个陶瓷基复合平板通过纵横交错形成的格栅结构；每个陶瓷基复合平板为长方体；每个陶瓷基复合平板沿长边方向在其一侧均等距开设有多个凹槽；多个陶瓷基复合平板纵横交错时，其纵向的陶瓷基复合平板上的凹槽，与横向的陶瓷基复合平板上的凹槽，互相嵌入其中，形成互锁的格栅结构。本发明所制备的格栅结构吸波材料具有良好的耐高温性，同时可通过纤维、界面、基体的材料设计以及格栅结构设计实现优异的室温和高温吸波性能。技术研发人员：范晓孟,王欣磊,穆阳阳,付志强,叶昉,薛继梅受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29