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高铁粉煤灰特性及其水泥基复合材料吸波性研究

作　者: 张建业
导　师: 唐祖全
学　校: 重庆大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 高铁粉煤灰水泥基吸波材料反射率电磁性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着电子工业的迅速发展,对电磁辐射进行防护在民用和军事领域都具有重要意义。选择经济、有效的吸波剂,使建筑材料具有良好的吸波特性,同时又不影响结构特性,并且廉价易得,是建筑吸波材料推广应用的前提。研究基于高铁粉煤灰富含铁矿物的特点,通过对高铁粉煤灰颗粒电磁性质的研究,进一步探讨材料组成变化对高铁粉煤灰水泥基材料电磁性质的影响。通过机理探讨和影响因素的研究,为高铁粉煤灰在水泥基吸波材料中的应用提供基础资料,为水泥基建筑吸波材料的发展提供参考,并为粉煤灰高附加值利用提出新途径,促进粉煤灰综合利用的发展。研究表明:高铁粉煤灰经粒度和密度分离后,粒度在45-30μm和密度大于2.8g/cm3的粉煤灰颗粒的铁含量较高,分别为21.5%和52%(以Fe2O3计)。经X-衍射分析粉煤灰中的含铁矿物主要是以赤铁矿和磁铁矿的状态存在,少量以磁赤铁矿、镁铁尖晶石以及镁铝铁氧化物的固熔体形式存在。不同密度的粉煤灰颗粒中含铁矿物存在较大的差异,粉煤灰中密度大的颗粒中的含铁矿物的衍射峰较强,其中密度大于2.8g/cm3的粉煤灰颗粒中含铁矿物以磁铁矿为主。不同粒度的磁性粉煤灰颗粒的含铁矿物也存在一定的差异,粒度越小,含铁矿物的衍射峰越强。经电子扫描显微镜和能谱分析仪(SEM+EDS)研究,粉煤灰中的低铁粉煤灰颗粒表面较光滑,元素以Si、Al、O等为主;高铁颗粒表面比较粗糙,元素以Fe、Si、Al、O等为主,且部分颗粒表面能观察到有规则形状的结晶,如片状和四棱锥状,经元素和矿物分析,分别为赤铁矿和磁铁矿结晶。对粉煤灰中的不同粒度、不同密度颗粒的电磁特性研究发现:不同粒度粉煤灰颗粒的介电常数有一定的差异,但变化不明显;不同粒度粉煤灰颗粒的磁导率差异不明显。密度在1.55-2.0g/cm3之间的颗粒的介电常数较高;密度大于2.8 g/cm3的颗粒既有一定的介电常数,又有一定的磁导率。其余密度的颗粒有一定的介电常数,但实部与虚部均较小。高铁粉煤灰掺入后,可以改善水泥基材料对电磁波的吸收性能。高铁粉煤灰掺量占水泥质量20-40%时,材料在2-18GHz频段内对电磁波有多个吸收峰,最大吸收可达14.7dB。水泥基材料厚度对吸波性能有一定的影响,10mm厚时材料对电磁波的吸收可达17.7dB;厚度30mm时,材料对电磁波的吸收值波动较小,在7dB上下浮动。粉煤灰进行磁选、粉磨、高温等处理后,配制的水泥基材料对电磁波的吸收性能改善不理想。粉煤灰的含铁量越高,所配制的粉煤灰水泥基材料的吸波性能并不一定越好,粉煤灰中的铁含量存在一个最佳含量。粉煤灰的球状颗粒结构、粉煤灰颗粒中的漂珠的含量、粉煤灰颗粒中含铁矿物形态以及水泥基材料内部结构对水泥基材料吸波性能有较大的影响。在高铁粉煤灰水泥基材料中掺入长度为10mm和5mm的碳纤维和直径为0.5mm长、为10mm的钢纤维用以改善材料的吸波性能,但在试验掺量内并不能改善水泥基材料的吸波性能,而掺直径为0.1mm左右的镀铜钢纤维可以明显改善水泥基材料在较高频段的吸波性能,可使水泥基材料吸波性大于10dB的带宽达到4GHz。

高铁粉煤灰特性及其水泥基复合材料吸波性研究

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