石英和水泥基體平板吸波材料研究.pdf

1、本文對石英和水泥為基體的兩種平板復合材料進行了電磁性能研究，開發(fā)了兩種建筑平板吸波材料。 首先對石英/納米炭黑復合材料的電磁性能進行了研究。采用TEM手段對N234型納米炭黑的顆粒形貌進行了分析，采用同軸法測定了納米炭黑粒子的電磁參數(shù)，并以石英為基體材料，以水玻璃和聚乙烯醇(PVA)為粘結劑，對石英/炭黑復合材料在150～1500MHz頻段內的電磁屏蔽效能和2～18GHz頻段內的吸波性能進行了分析。研究結果表明，炭黑屬于一種電損

2、耗介質，具有較高的電導率和較大的介電常數(shù)。石英/炭黑復合材料的電磁屏蔽效能隨測試頻率和炭黑含量的增加而增大。當炭黑含量達到15vol％時，厚度為7mm的復合平板在150～1500MHz內的屏蔽效能可以達到-35dB。材料的吸波性能存在一個極限值，當炭黑含量超過6.0vol％時，入射電磁波在材料表面的反射增強，復合材料的吸波性能會下降。 通過TEM、XRD手段分析了納米二氧化錳粒子的顆粒形貌和化學成分，用同軸法測定了二氧化錳粒子的

3、電磁參數(shù)，并以石英為基體對石英/二氧化錳復合材料的電磁性能進行了分析。研究表明，二氧化錳屬于一種介電損耗介質，具有較高的電阻率和較大的介電常數(shù)，而且其介電損耗角正切隨頻率的增加變化不大。二氧化錳填充石英復合材料在低頻下仍然具有較好的吸波性能，且其最佳吸收性能具有頻率選擇性。當二氧化錳含量小于40vol％時，復合材料在2～18GHz頻段內的吸收峰值隨二氧化錳含量的增加而逐漸增大，且峰值頻率逐漸向低頻移動。 應用Rayleigh混合

4、公式的擴展式和吸波性能的計算公式對炭黑或二氧化錳填充石英基體復合材料的電磁性能進行理論計算的結果表明，當炭黑或二氧化錳的含量較大時，計算值與實驗值比較接近。說明Rayleigh混合公式的擴展式可以用于該復合體系吸波劑含量較大時的電磁性能計算。 水玻璃和聚乙烯醇兩種粘結劑對石英基復合材料的電磁性能具有不同的影響。以水玻璃為粘結劑的試樣比聚乙烯醇試樣具有更高的屏蔽效能；而兩者的吸波性能相差不大，但水玻璃試樣吸波曲線比較平緩，而聚乙烯

5、醇試樣則具有較大的吸收峰。而且水玻璃試樣具有相對較高的抗壓性能。 首次對發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)填充水泥基體復合材料的吸波性能進行了實驗研究。采用EPS顆粒表面處理工藝來增強其與水泥基體的親和性和混合時的均勻性，分別制備了不同EPS填充率和不同厚度的EPS填充水泥平板試樣，并在微波暗室內測試其吸波性能。通過分析水泥在水化過程中的介電性能變化以及EPS水泥的內部結構來研究其微波損耗機理，結合能量守恒原理分析了EPS填充率、EPS顆粒

6、直徑以及試樣厚度對材料吸波性能的影響，并分析了材料最佳厚度的選擇。結果顯示，EPS填充水泥復合材料具有較好的吸波性能。其吸波性能隨EPS填充率的增加而逐漸增大，直到60vol％時達到最佳，然后隨EPS的繼續(xù)增加吸波性能下降。隨著EPS填充率的增加，材料的透波性能逐漸增強，試樣的匹配厚度也逐漸增大。當EPS填充率相同時，隨著顆粒直徑的增加，材料的匹配厚度也逐漸增大。8～18GHz頻段內，EPS填充率60vol％、EPS顆粒直徑2mm、厚度

7、20mm的試樣吸波性能可達到-10～-15dB，吸收優(yōu)于-10dB的工作帶寬達6.2GHz。 對EPS填充水泥復合材料力學性能的研究結果表明，材料的抗壓性能隨EPS填充率的增加而線性下降，且隨養(yǎng)護時間的延長而緩慢增加。復合材料的抗壓強度與EPS顆粒與水泥漿體界面的粘結性能密切相關。EPS顆粒直徑的減小可以降低EPS顆粒與水泥接觸界面處的空隙和孔洞，所以當采用2mm直徑EPS顆粒填充時，復合材料的抗壓強度會比4mmEPS顆粒填充復