碳-鐵系化合物復合吸波材料的制備及性能研究.pdf

1、在電子科技日新月異的信息時代，吸波材料在軍事隱身與民用防護等方面的應用越來越廣泛，而傳統(tǒng)的吸波材料漸漸不能滿足當今社會的需求，所以制備高性能的新型吸波材料成為了目前的研究熱點。本課題依托于山東大學碳纖維工程技術研究中心成熟的碳纖維制備技術，采用聚丙烯腈(PAN)、微米羰基鐵粉和納米鐵粉為原材料，從丙烯腈的聚合、成形、預氧化、碳化工藝入手，將微米羰基鐵粉和納米鐵粉以物理混合的方式加入聚丙烯腈(PAN)聚合液中，控制預氧化、碳化各工藝參數(shù)，

2、制備碳/鐵系化合物復合吸波材料，研究不同工藝對復合材料結構及性能的影響;利用氣體滲氮法制備鐵氮化合物，通過調節(jié)氮勢制備不同鐵氮物相的材料，測其電磁性能;借鑒氣體滲氮工藝，將碳化后的碳/納米鐵系化合物復合材料進行滲氮處理，以期得到更為優(yōu)異的物相組合，從而制備出“薄、輕、寬、強”的高性能吸波材料。
　　將微米羰基鐵粉或者聚乙烯吡咯烷酮(PVP)處理后的納米鐵粉以物理混合的方式加入PAN聚合液中，壓制成膜制得聚丙烯腈(PAN)/鐵粉復合

3、膜，對復合膜進行預氧化、碳化處理制得碳/鐵系化合物復合吸波材料。在原膜階段，加入的鐵粉會與聚丙烯腈(PAN)的部分官能團結合，生成絡合物，從而影響聚丙烯腈(PAN)的化學結構，但是此過程沒有化學反應發(fā)生，鐵粉還是以單一Fe的物相存在;預氧化后鐵粉仍舊不會發(fā)生化學反應，直到碳化階段鐵粉會與聚丙烯腈(PAN)裂解釋放的小分子物質發(fā)生反應，生成鐵氮化合物，即在碳化過程中碳和鐵系化合物同步生成。微米鐵粉和納米鐵粉因其粒徑尺寸不同，在相同碳化工藝

4、下，生成的化合物比例會不同。對比摻雜兩種不同尺寸鐵粉的復合材料的形貌，可以看出，鐵系粒子在基體中的分布比較均勻，與基體的結合也比較牢固，但是摻雜納米鐵粉的復合材料，由于納米材料的小尺寸效應和表面效應，其均勻分散性和與基體結合性都優(yōu)于摻雜微米羰基鐵粉的復合材料。
　　在高純氮氣氣氛保護下，對預氧化后的復合材料分別在700℃、750℃和800℃的溫度下進行碳化處理，制得碳/鐵系化合物復合材料，利用矢量網(wǎng)絡分析儀，在2～18GHz的頻率

5、范圍內測其電磁參數(shù)，并模擬計算其反射損耗率，分析吸波性能，可知制得的碳/鐵系化合物復合吸波材料是一種兼具介電損耗和磁損耗的吸波材料。對于碳/微米鐵系化合物復合吸波材料，隨著碳化溫度的升高，復合材料的介電性能提高，吸波強度和低頻吸波效果也越來越好，800℃碳化處理的復合材料，當匹配厚度為2.0mm時，在11.5GHz附近的吸收峰值為-15.5dB，RL＜-10dB的頻寬為5GHz。對于碳/納米鐵系化合物復合吸波材料，由于納米鐵粉本身具有較

6、好的介電性能，750℃碳化處理的復合材料的吸波性能最為優(yōu)異，當匹配厚度為2.0mm時，在10GHz附近的吸收峰值為-13dB，RL＜-10dB的頻寬為3GHz。
　　分析碳/鐵系化合物復合吸波材料的物相組成與吸波性能，得知物相中Fe4N含量較多時，復合材料的吸波性能較好。故我們利用氣體滲氮的方法，在520℃下，氨氣氣氛中，保溫5h對微米羰基鐵粉進行氣體滲氮，通過調節(jié)氮勢得到了物相組成不同的吸波材料。當?shù)獎轂?.8786時，生成Fe

7、4N和Fe物相組成的材料;氮勢為2.9540時，生成Fe4N和Fe3N物相組成的材料;在氮勢為1.6985時，可生成純Fe4N物相的材料。在此工藝條件下，微米羰基鐵粉只發(fā)生了物相的改變，其表面形貌不發(fā)生變化。對制備的三種物相組成的鐵氮化合物材料進行電磁測試及吸波性能模擬計算得知，對于Fe4N和Fe3N物相組成的材料，其電磁波吸收強度比較大，但是其低頻吸波效果較差;而Fe4N和Fe物相組成的材料，其吸波強度相對較弱;純Fe4N物相組成的材

8、料，具有優(yōu)異的磁導率實部和虛部，在吸波強度和低頻吸波性能方面均具有較好的效果。當其匹配厚度分別為2.0mm和2.5mm時，其在8GHz和6GHz附近的吸收峰值分別為-16dB和-21dB，RL＜-10dB的頻寬分別為4GHz和3GHz。
　　借鑒鐵氮化合物吸波材料的制備與性能研究，將750℃碳化處理后的碳/納米鐵系化合物復合吸波材料進行滲氮處理，可使材料中的Fe4N含量增多，F(xiàn)e3N和Fe的含量減少，測其吸波性能，當匹配厚度為2m