碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷及其制备方法[0002]目前研制的雷达吸波陶瓷材料主要有两种。一种是以陶瓷颗粒为雷达吸收剂、采用热压工艺制备成型的颗粒增强陶瓷材料，如Si/C/N陶瓷颗粒增强LAS玻璃、莫来石、Si3N4等陶瓷材料，但此类材料存在以下不足:1)介电性能难以实现梯度分布，雷达吸收频带较窄；2)颗粒增强陶瓷材料韧性较差，易发生灾难性破坏；3)热压工艺难以制备大型复杂构件。另一种是SiC连续纤维增强陶瓷基复合材料，这类材料由于其具有耐高温、高比强度、高比模量、高韧性、易于成型大型复杂构件等优点，成为当前雷达吸波陶瓷材料的重点研究方向。[0003]例如CN102180695A号中国专利文献和CN102211938A号中国专利文献分别公开了一种连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的雷达吸波陶瓷及其制备方法。其中，CN102180695A号中国专利文献公开了一种包括匹配层、损耗层和反射层的多功能叠加型结构雷达吸波陶瓷，其制备的吸波陶瓷在8GHz~18GHz频段内的反射率可小于_9dB ;而CN102211938A号中国专利文献公开了一种包括匹配层、损耗层、介质层和反射层的多功能叠加型结构雷达吸波陶瓷，其制备的吸波陶瓷室温下在8GHz~18GHz频段内的反射率可小于_8dB，不仅如此，700°C高温考核下，其反射率低于_8dB的带宽仍有将近IOGHz。[0004]上述公开的两种雷达吸波陶瓷都具有优良的常温和高温宽频吸波特性，但仍存在以下不足之处:1)吸波陶瓷制备前需要对材料结构参数进行优化设计，并根据优化值对原材料碳化硅纤维进行改性处理，处理工艺复杂；2)吸波陶瓷各功能层参数较多，参数调控困难，且不易达到预期值。
[0005]本发 明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、吸收频带宽、质量轻、厚度薄、力学性能好、防热功能优异的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷，还相应提供一种工艺简单、成本低、质量稳定、适于批量化和规模化生产的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷的制备方法。[0006]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种单层结构碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷，所述吸波陶瓷主要由连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料构成，所述吸波陶瓷是以多层叠加的碳化硅纤维布作为增强体，且通过碳纤维Z向缝合方式将多层叠加的碳化硅纤维布连接成一整体，所述吸波陶瓷在常温下8GHZ~18GHz频段内反射率低于_8dB的带宽为6.5GHz~IOGHz ;所述吸波陶瓷的密度在2.1g.cm_3以下(优选1.8g.cm 3 ~2.1g.cm 3)。
[0007]上述的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷中，优选的，所述吸波陶瓷为单层结构。此处的单层结构是相对于CN102180695A和CN102211938A号中国专利文献等公开的多功能层叠加型结构而言，即本发明中使用的基体材料和增强材料在吸波陶瓷内的分布相对均质单一，材料的性质不会发生显著的层间变化。
[0008]上述的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷中，优选的，所述吸波陶瓷是通过先驱体浸溃裂解工艺制备得到。
[0009]上述的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷中，为确保吸波性能的极化一致性，优选的，所述碳化硅纤维布为碳化硅纤维平纹布，且经纬向的纤维密度优选一致，均为5根 /cm。
[0010]上述的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷中，优选的，所述吸波陶瓷在Z向缝合方向上的厚度小于3mm。所述碳化娃纤维平纹布的厚度优选为0.4mm~0.45mm,叠加层数不超过8层。
[0011]上述的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷中，为避免电阻率过小导致电磁波强发射，优选的，所述连续碳化硅纤维的电阻率大于105Ω.Cm。
[0012]上述的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷中，为确保层间强度以及尽量减小Z向纤维缝合过程中 对面内纤维的损伤，优选的，所述碳纤维的缝合密度为9针/cm2~16 针 /cm2。
[0013]作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述单层结构碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷的制备方法，包括以下步骤:
[0014](I)按要求准备所述的连续碳化硅纤维，并用连续碳化硅纤维编制成所述的碳化硅纤维平纹布；
[0015](2)按要求准备连续的碳纤维，采用碳纤维Z向缝合的方式以一定缝合密度将前述碳化硅纤维平纹布连接为整体，制得预成型体；
[0016](3)以聚碳硅烷和二甲苯的组合体系作为先驱体浸溃溶液，采用先驱体浸溃裂解工艺对所述预成型体进行浸溃、高温裂解和反复致密化，制得碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷。
[0017]上述的制备方法中，优选的，所述先驱体浸溃溶液中聚碳硅烷和二甲苯的质量配比为1: (I~1.2)。
[0018]上述的制备方法中，优选的，所述先驱体浸溃裂解工艺过程中:每次在先驱体浸溃溶液中进行真空浸溃的时间控制在4h~8h，所述高温裂解控制在1000°C~1200°C的高纯N2气氛中，每次高温裂解的时间控制为Ih~2h，反复致密化的次数为12次~15次。
[0019]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0020]1.本发明的吸波陶瓷是以连续碳化硅纤维构成的碳化硅纤维布作为增强体，并采用碳纤维Z向缝合的方式将碳化硅纤维布(优选平纹布)连接成一整体；z向碳纤维的引入，显著提高了吸波陶瓷的层间剪切强度，从而使最终得到的吸波陶瓷具有优异的力学性能。
[0021]2.通过采用高于1000°C的裂解温度，使聚碳硅烷先驱体裂解后得到的碳化硅基体富碳；而Z向碳纤维的存在也同样增加了复合材料(增强体)中的碳含量，在两者的共同作用下，提高了复合材料吸波陶瓷的介电常数，这使得本发明的吸波陶瓷可在不添加雷达吸收剂的情况下，同样具有良好的吸收电磁波功能。
[0022]3.由于本发明的技术方案使吸波陶瓷的组成结构大大简化，再通过进一步控制吸波陶瓷的厚度、材料种类、缝合密度等工艺参数，不仅极大地提高了吸波陶瓷的力学性能，而且还减小了吸波陶瓷的厚度，有效减轻了吸波陶瓷产品的质量，满足部件轻量化的需求。
[0023]4.由于本发明的技术方案使吸波陶瓷的组成结构大大简化，即通过单层结构即可达到多层结构所具有的吸波效果，这使得产品制备之前无需对材料结构进行各种设计，也不需对碳化硅纤维进行各种改性处理，整个制备工艺大大简化，可控性更强，产品质量更加稳定且符合预期，更适于工业化批量生产。



[0024]图1为本发明实施例中预成型体的结构示意图，其中，I表示连续碳化硅纤维平纹布；2表不Z向碳纤维。
[0025]图2为本发明实施例1中碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷样品的照片。
[0026]图3为本发明实施例1中碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷的常温反射率曲线。
[0027]图4为本发明实施例2中碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷的常温反射率曲线。

[0028]为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0029]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0030]除非另有特别说明，下文中所用到的任何原料、试剂等均可从市场购得或可通过已知的方法制备获得。
[0031]一种单层结构碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷，该吸波陶瓷主要由连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料构成，该吸波陶瓷是以多层叠加的碳化硅纤维平纹布作为增强体，且通过碳纤维Z向缝合方式将多层叠加的碳化硅纤维平纹布连接成一整体，该吸波陶瓷在常温下8GHZ~18GHz频段内反射率低于_8dB的带宽为6.5GHz~IOGHz ;吸波陶瓷的密度低于2.1g.cm—3。吸波陶瓷为单层结构，且是通过先驱体浸溃裂解工艺制备得到。该吸波陶瓷在Z向缝合方向上的厚度小于3mm。其中，连续碳化硅纤维的电阻率大于IO5 Ω.cm,碳纤维的缝合密度为9针/cm2~16针/cm2。
[0032]实施例1:
[0033]一种本发明的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷，该吸波陶瓷为单层结构，且主要由连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料构成，该吸波陶瓷是以多层叠加的碳化硅纤维平纹布作为增强体，且多层叠加的碳化硅纤维平纹布通过碳纤维Z向缝合方式连接成一整体，并利用先驱体浸溃裂解工艺制备得到吸波陶瓷。该吸波陶瓷常温下在8GHz~18GHz频段内反射率低于_8dB的带宽为9.4GHz ;吸波陶瓷的密度为2.05g.cm_3。该吸波陶瓷在Z向缝合方向上的厚度为2.25mm。该吸波陶瓷中，连续碳化硅纤维的电阻率为 2.6X IO5 Ω.cm，碳纤维的缝合密度为9针/cm2。[0034]上述本实施例的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤:
[0035](I)按要求准备电阻率为2.6XlO5Ω.cm的连续碳化硅纤维，并用连续碳化硅纤维编制成碳化娃纤维平纹布，然后将连续碳化娃纤维平纹布裁剪成尺寸为180_X 180mm ；
[0036](2)按要求准备连续的碳纤维，电阻率小于10_3Ω.cm，采用碳纤维Z向缝合的方式以9针/cm2的缝合密度将上述碳化硅纤维平纹布连接为整体，制得如图1所示的预成型体(其中，I表示连续碳化硅纤维平纹布；2表示Z向碳纤维)；
[0037](3)以聚碳硅烷和二甲苯的组合体系作为先驱体浸溃溶液，采用先驱体浸溃裂解工艺对预成型体进行浸溃、高温裂解和反复致密化，具体是以质量比1: 1.1的聚碳硅烷和二甲苯作为先驱体浸溃溶液，先将预成型体进行浸溃、高温裂解得到陶瓷粗坯，再采用真空浸溃工艺将陶瓷粗坯浸溃4h后晾干，再在1100°C的高纯N2保护下裂解lh，再经过反复12次的真空浸溃和高温裂解以进行反复致密化，最终制得如图2所示的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷。
[0038]测试本实施例的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料吸波陶瓷的性能参数，采用阿基米德法测试复合材料的密度及孔隙率，采用弓形架法测试吸波陶瓷在8GHz~18GHz频段内测试吸波陶瓷的反射率，测试结果如下表1所示:
[0039]表1:实施例1的吸波陶瓷主要性能参数
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