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二氧化硅改性炭质材料的微波吸收性能研究

作　者: 唐益群
导　师: 周克省
学　校: 中南大学
专　业: 物理学
关键词: 炭纤维呋喃树脂耐高温材料微波吸收电磁损耗
分类号: TM25
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

摘要：在隐身技术领域,C/C复合材料被认为是一种新型耐高温吸波材料,其主要构成是炭纤维和炭基体。炭纤维和炭基体都是良导体,具有很高的介电常数,虽然电磁衰减性好,但其阻抗匹配性较差。本文用SiO2对炭纤维和炭基体进行改性,以调节材料的电阻率和介电常数,提高其微波吸收性能,同时改善其高温抗氧化性能。采用浸渍-烧结法和混合固化-炭化法分别制备Si02涂层改性的炭纤维和Si02改性呋喃树脂炭。用X射线衍射、扫描电镜、热分析仪和数字电桥分别表征了样品的物相、微观形貌、高温氧化性能及电阻率,用微波矢量网络分析仪测试了样品在2-18GHz微波频率范围内的电磁参数,分析了材料的微波吸收性能及损耗机制。对改性炭纤维的研究结果表明,二次浸涂粘度4.81mPa·s的硅溶胶的炭纤维经烧结形成了均匀的SiO2表面涂层,其起始氧化温度较纯炭纤维提高了200℃,电阻率增加,介电常数降低,微波吸收性能改善。当厚度为3.0mm时,7-15GHz微波频率范围内反射率低于-5dB,小于-10dB的吸收带宽为5GHz,有两个吸收峰,8.7GHz频率位置吸收峰为-26.2dB。对改性呋喃树脂炭的研究结果表明,30wt%SiO2的呋喃树脂炭复合体系的起始氧化温度提高100℃,电阻率增加,介电常数降低,吸波效果明显提高。对厚度为3mm的样品,7.6-10.2GHz微波频率范围内反射率小于-5dB,8.9GHz频率位置吸收峰值为-16.7dB。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-20
  1.1 雷达隐身技术  9-10
    1.1.1 外形隐身  9
    1.1.2 材料隐身  9-10
  1.2 吸波材料的物理原理  10-13
    1.2.1 材料的复介电常数复磁导率损耗因子  10-11
    1.2.2 介质的电磁波反射系数  11
    1.2.3 电磁参数对介质衰减吸收的影响  11-13
      1.2.3.1 磁损耗机制  12-13
      1.2.3.2 电损耗型机制  13
      1.2.3.3 自由载流子吸收及纳米结构吸收  13
  1.3 吸波材料研究进展  13-15
  1.4 炭系吸波材料  15-17
    1.4.1 常规炭纤维  16
    1.4.2 炭纳米管  16-17
    1.4.3 纳米炭纤维  17
    1.4.4 螺旋炭纤维  17
  1.5 选题依据与研究内容  17-20
    1.5.1 选题依据  17-19
    1.5.2 研究内容  19-20
2 样品的制备与表征  20-30
  2.1 SiO_2改性炭纤维的制备与表征  20-26
    2.1.1 实验原料及实验装置  20
    2.1.2 硅溶胶的制备条件  20
    2.1.3 样品制备流程  20-21
    2.1.4 样品编号  21-22
    2.1.5 样品表征与测试  22-26
      2.1.5.1 形貌分析  22-24
      2.1.5.2 X射线衍射分析  24-25
      2.1.5.3 热重分析  25-26
  2.2 SiO_2改性呋喃树脂炭的制备与表征  26-29
    2.2.1 实验原料与实验装置  26
    2.2.2 样品制备流程  26
    2.2.3 样品表征与测试  26-29
      2.2.3.1 改性呋喃树脂炭微观形貌  26-28
      2.2.3.2 X射线衍射分析  28
      2.2.3.3 热重分析  28-29
  2.3 本章小结  29-30
3 SiO_2改性炭纤维的微波吸收性能  30-45
  3.1 样品电阻率  30-31
    3.1.1 电阻率测试方法  30
    3.1.2 电阻率结果分析  30-31
  3.2 样品微波电磁参数  31-37
    3.2.1 微波电磁参数测试方法  31-32
    3.2.2 微波复磁导率  32-33
    3.2.3 微波复介电常数  33-37
      3.2.3.1 炭纤维的复介电常数  33
      3.2.3.2 SiO_2改性炭纤维的复介电常数  33-37
  3.3 介电损耗角正切  37-40
    3.3.1 炭纤维的介电损耗角正切  37-38
    3.3.2 SiO_2改性炭纤维的介电损耗角正切  38-40
  3.4 微波吸收性能  40-44
    3.4.1 特征阻抗  40
    3.4.2 微波反射系数  40-43
    3.4.3 样品厚度对微波吸收性能的影响  43
    3.4.4 微波吸收机制  43-44
  3.5 本章小结  44-45
4 SiO_2改性呋喃树脂炭的微波吸收性能  45-54
  4.1 样品电阻率  45-47
    4.1.1 电阻率测试方法  45
    4.1.2 电阻率结果分析  45-47
  4.2 样品微波电磁参数  47-50
    4.2.1 微波电磁参数测试方法  47
    4.2.2 微波复磁导率  47-48
    4.2.3 微波复介电常数  48-50
  4.3 介电损耗角正切  50-51
  4.4 微波吸收性能  51-53
    4.4.1 特征阻抗  51
    4.4.2 微波反射系数  51-52
    4.4.3 样品厚度对微波吸收性能的影响  52
    4.4.4 微波吸收机制  52-53
  4.5 本章小结  53-54
5 总结与展望  54-56
  5.1 总结  54-55
    5.1.1 SiO_2表面改性炭纤维的微波吸收特性研究  54
    5.1.2 SiO_2改性呋喃树脂炭的微波吸收特性研究  54-55
  5.2 展望  55-56
参考文献  56-62
攻读学位期间主要的研究成果目录  62-63
致谢  63

二氧化硅改性炭质材料的微波吸收性能研究

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