炭泡沫吸波性能的研究

• 作 者: 方志刚
• 机 构: 中国科学院金属研究所
• 出 处: 中国科学院金属研究所
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 吸波材料 炭泡沫 电磁损耗 吸波性能

为深入研究泡沫结构吸波材料的电磁损耗特征，阐明泡沫结构的电磁损耗机制、产生来源及其影响因素，本文选取电导率易于调节的炭泡沫作为研究对象，对其吸波性能和电磁损耗规律展开了系统研究，研究结果表明：　　
通过改进的有机泡沫浸渍法能够制备出网孔分布均匀的三维连通网络结构炭泡沫，这种炭泡沫具备一定的强度，具有良好的可加工性；炭泡沫中的炭由树脂热解得到，是无定型态热解炭材料，其电导率随热解温度的提高而提高。　　
电导率是决定炭泡沫吸波性能的主要因素。随着电导率的不断增加，炭泡沫的吸波性能先逐渐变好之后又逐渐变差。电导率适中的炭泡沫具有最佳的吸波性能，其反射率曲线比较平缓，体现了宽频带的吸波特征。炭泡沫的厚度、网孔尺寸、体积分数均对炭泡沫的吸波性能有一定影响，但是不改变炭泡沫的宽频带吸波特征。在炭泡沫表面开槽可改善炭泡沫与自由空间的阻抗匹配性，因而能大幅提高炭泡沫的吸波性能。　　
炭泡沫的电磁损耗能力与其同质粉末和压制块有着十分显著的差别。与同质粉末相比，炭泡沫介电常数实部εγ较低、电损耗大并具有磁损耗，磁损耗随电导率增加而增加，而粉末没有磁损耗；与同质压制块相比，炭泡沫介电常数实部εγ低、电损耗大，但磁损耗相对较小。炭泡沫和其同质压制块都是非磁性的，它们的磁损耗是通过特殊的三维连通网络导电结构与入射电磁场的相互作用而产生，因而是非本征的，不存在特征转变温度。炭泡沫所具有的电磁损耗特性表明，材料宏观结构的变化能调制材料的电磁性质，这是调制材料电磁性质的一种新方法。网孔尺寸对炭泡沫的电磁损耗能力大小的影响不显著。　　
沿着电磁波入射方向对炭泡沫进行多界面、体积分数和电导率逐次增加的阻抗匹配设计，获得多层组合结构，可更加显著地提高炭泡沫的宽频带吸收性能，在2.6-18GHz的全频段达到了平板反射率全部低于-10dB的吸波效果。多次谐振吸收机制和合理的阻抗匹配设计的协同作用是提高炭泡沫组合体的吸波性能的主要原因。　　
利用加压复合方法，将经过阻抗匹配设计的炭泡沫和高分子系酚醛树脂复合，获得复合材料，其吸波性能与原炭泡沫相比有所下降，但仍然能够在2.6-18GHz整个频段上达到平板反射率全部低于-10dB的吸收效果。　　
炭泡沫吸波性能及电磁损耗机制的研究结果表明，吸波材料的泡沫化是扩宽材料吸波频带的有效方法，若能将这一方法移植到高强度、耐高温的SiC泡沫陶瓷上，完全有可能使SiC泡沫陶瓷成为宽频带、高吸收的高温结构吸波材料。