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泡沫玻璃基吸波体设计及吸波性能研究
作 者: 吕东升
导 师: 李秀华
学 校: 天津大学
专 业: 材料学
关键词: 泡沫玻璃 ZnO形态 复介电常数 吸波性能
分类号: TB383.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
本文以石墨发泡泡沫玻璃的微波吸收性能为研究方向,主要研究了添加锌粉、二氧化锰烧成的泡沫玻璃/ZnO的吸波性能,目的是为制备吸波性能好的泡沫玻璃基吸波材料提供实验数据和理论依据。以玻璃原料(SiO2、H3BO3、ROH和Al2O3)、石墨为主要原料,添加锌粉和MnO2烧成系列泡沫玻璃试样,通过测试玻璃原料圆柱坯体在不同温度下烧成前后的直径变化率(r),分析了泡沫玻璃的发泡温度所对应的r值,并通过XRD分析试样组成,SEM观察泡孔结构和ZnO形态,波导法测试X波段(8.2-12.4GHz)的电磁常数并计算反射率。随着混合料中石墨含量的增加,试样泡孔分布变的不均匀,孔径变小,适当的延长球磨时间能使泡孔分布更加均匀;石墨含量影响熔融温度,当添加量超过3.85wt%时,导致750℃下烧成的泡沫玻璃没有发泡;未添加锌粉烧成泡沫玻璃的最小反射率为0.3dB左右。随着锌粉添加量的增加,试样泡孔孔径和气孔率减小。在泡沫玻璃泡壁上生成ZnO晶须和纳米晶,其形态由孔中ZnO(g)的过饱和度决定,本文绘制了ZnO(g)过饱和度与石墨、锌粉含量的关系图。当石墨含量为0.49wt%,锌粉含量在5.26-21.74wt%之间变化时,随着锌粉含量的增加,试样中颗粒状ZnO纳米晶的数量增多,晶须的长度变短但是直径有所变大。当锌粉含量为5.66wt%,石墨含量在0.49-3.97wt%之间变化时,ZnO(g)过饱和度随着石墨含量的增加而减小,晶须长度随着石墨含量的增加而变短。泡沫玻璃/ZnO的吸波性能随着石墨、锌粉含量的增加而变好,石墨、锌粉添加量分别为1.96wt%、14.3wt%时最小反射率达到-16dB,有效带宽为1.1GHz。在添加10wt%锌粉的同时加入MnO2,随着MnO2含量增加,试样气孔率、孔径都有所增大,ZnO棒直径增大,吸波性能提高,添加量为5.66wt%时,材料的最小反射率为-12dB,最大反射率为-7dB,有效带宽为1.7GHz(8.9-10.6GHz),而且全X波段仅有0.4GHz频段内的反射率大于?9dB,具有发展前景。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-7 第一章 绪论 7-20 1.1 电磁波的危害及其应用 7-8 1.1.1 电磁波的危害 7 1.1.2 电磁波在军事隐身上的应用 7-8 1.2 电磁波的屏蔽、吸收及转换 8-13 1.2.1 电磁屏蔽材料(EMI shielding) 8-9 1.2.2 吸波材料(EMA)的发展现状和趋势 9-13 1.2.3 电磁波的转化 13 1.3 泡沫玻璃的吸波性能 13-16 1.3.1 碳黑、石墨的吸波机理 14 1.3.2 石墨的吸波应用 14-15 1.3.3 多孔结构对材料吸波性能的影响 15-16 1.4 泡沫玻璃吸波材料的其他性能 16-17 1.4.1 固体废弃物的再利用 16 1.4.2 耐腐蚀性 16 1.4.3 保温隔热性能 16-17 1.4.4 轻质 17 1.5 纳米氧化锌的吸波性能 17-18 1.5.1 纳米氧化锌的吸波应用 17-18 1.5.2 纳米氧化锌的吸波机理 18 1.6 本文的主要研究内容及意义 18-20 第二章 电磁波理论及吸波机理 20-32 2.1 电磁波分段 20-21 2.2 电磁波与物质的作用 21-26 2.2.1 基本物理量 21-23 2.2.2 电磁波在真空中的传播 23-24 2.2.3 电磁波在介质中的传播 24-26 2.2.4 吸波机理 26 2.3 传输线理论 26-28 2.3.1 传输线模型 26-28 2.3.2 阻抗匹配 28 2.4 等效电磁参数计算 28-32 2.4.1 有效介质理论(Effective medium theory, EMT) 29-30 2.4.2 有效介质理论在等效电磁参数计算中的应用 30 2.4.3 多孔材料等效电磁参数计算 30-32 第三章 实验设计及研究方法 32-40 3.1 制备工艺 32-34 3.1.1 粉末烧成法制备泡沫玻璃 32-33 3.1.2 蒸发Zn 源气相法制备氧化锌 33 3.1.3 实验原料及设备 33-34 3.2 研究方法 34-38 3.2.1 材料吸波性能的测试 34-36 3.2.2 体积密度及气孔率测试 36-37 3.2.3 成分分析 37 3.2.4 孔结构及ZnO 形貌表征 37 3.2.5 DSC-TG 分析 37 3.2.6 玻璃流动性的表征 37-38 3.3 实验方案 38-40 第四章 结果与讨论 40-64 4.1 发泡温度的确定 40-41 4.2 高石墨含量泡沫玻璃制备及其吸波性能 41-46 4.2.1 石墨含量对泡沫玻璃泡孔结构的影响 41-42 4.2.2 球磨时间对高石墨含量泡沫玻璃泡孔结构的影响 42-43 4.2.3 DSC-TG 分析 43-44 4.2.4 泡沫玻璃的吸波性能分析 44-46 4.3 泡沫玻璃/ZnO 的制备及吸波性能 46-58 4.3.1 泡沫玻璃/ZnO 的XRD 分析 46-47 4.3.2 Zn 粉含量对泡沫玻璃孔结构的影响 47-48 4.3.3 泡沫玻璃中ZnO 的形态分析 48-52 4.3.4 泡沫玻璃/ZnO 的吸波性能研究 52-58 4.4 MnO_2添加对泡沫玻璃/ZnO 的影响 58-64 4.4.1 不同二氧化锰含量G1.5Z3Mz 的XRD 分析 58-60 4.4.2 MnO_2含量对泡沫玻璃/ZnO 气孔结构的影响 60-61 4.4.3 MnO_2含量对泡沫玻璃/ZnO 中ZnO 形态的影响 61-62 4.4.4 MnO_2含量对吸波性能的影响 62-64 结论 64-65 参考文献 65-72 发表论文和参加科研情况说明 72-73 致谢 73
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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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