耐高温炭基吸波剂的调控、结构及性能研究

【摘要】摘要：针对我国新型高速飞行器等武器装备对高温结构吸波材料的需求,本论文以提高C/C复合材料的吸波性能为目的,开展了耐高温炭基吸波剂(炭纤维及热解炭)的调控、结构及性能研究。在初步探明炭纤维和热解炭的电磁波响应特性的基础上,通过引入BN、Si02及SiC耐高温陶瓷相来改性炭纤维和热解炭,系统研究了陶瓷相改性对炭纤维和热解炭微观结构、抗氧化性能及介电性能的影响,并对改性炭纤维和热解炭的吸波性能进行了验证研究。在此基础上,开展了改性C/C复合材料仿真设计、制备及其吸波性能研究工作,制备出了具有优良吸波性能的改性C/C复合材料。主要研究内容和结果如下：1)初步探明了炭纤维及热解炭的电磁波响应特性。炭纤维的介电常数与其形态和排列方式有关；而极化方式对定向排布长炭纤维复合材料的吸波性能具有显著影响。由丙烯热解而成的热解炭的介电常数最大,中间相沥青热解而成的热解炭次之,呋喃树脂热解而成的热解炭最小；随热处理温度升高,热解炭导电性显著增强,介电常数明显增大。2)分别研究了炭纤维表面涂层及原位生长纳米SiC纤维改性对炭纤维微观结构、强度、抗氧化性能及介电性能的影响。形成了炭纤维表面Si02、BN、含界面相SiC涂层及原位生长纳米SiC纤维改性技术,显著降低了炭纤维的介电常数,较好地调控了炭纤维的介电性能,同时提高了炭纤维的抗氧化性能,使炭纤维可满足高温吸波剂的使用要求。3)分别研究了BN包覆改性和Si02掺杂改性对热解炭微观结构、化学成分、抗氧化性能和介电性能的影响。形成了BN、Si02耐高温绝缘陶瓷相改性热解炭技术,较好地调控了热解炭的介电性能,改善了其阻抗匹配,并提高了热解炭的抗氧化性能,获得了介电性能可控的耐高温吸波炭基体。4)分别研究了BN/SiC涂层改性炭纤维及Si02掺杂改性热解炭对吸波性能的影响。对于夹层结构短切炭纤维复合材料,BN/SiC涂层改性炭纤维后,可明显提高复合材料的吸波性能；对于夹层结构定向排布连续长炭纤维复合材料,BN/SiC涂层改性炭纤维后,在平行极化测试条件下,可改善复合材料的吸波性能,但效果并不理想；而在垂直极化测试条件下,使得复合材料高频吸波性能降低,低频吸波性能提高。对热解炭进行Si02掺杂改性,可明显提高改性热解炭复合材料的吸波性能,但继续增加Si02的含量,将导致吸波性能下降。5)在对夹层结构改性C/C复合材料进行仿真设计的基础上,制备出了在室温和1050℃(垂直极化)测试条件下均具有优良吸波性能的改性C/C复合材料,在室温测试条件下,材料反射率在8-18GHz全频段均小于-8dB,小于-10dB的带宽为5.2GHz；在1050℃测试条件下,材料反射率在8-18GHz全频段均小于-6dB,小于-10dB的带宽为4.6GHz,为研制出满足实际应用要求的高性能高温结构吸波C/C复合材料奠定了基础。
【作者】周伟；
【导师】肖鹏；
【作者基本信息】中南大学，材料科学与工程，2014，博士
【关键词】C/C复合材料；炭纤维改性；热解炭改性；介电性能；吸波性能；

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