耐热吸波石墨/无机聚合物的组织结构和性能

【作者】 何培刚； 杨超； 苑景坤； 贾德昌；

【机构】 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院特种陶瓷研究所；

【摘要】 无机聚合物是由铝硅酸盐矿物在碱金属离子激发作用下通过缩聚反应实现化学键合的非晶或部分结晶的一类新型无机非金属材料。与树脂相比,其具有不可燃、耐高温等优良的性质,同时其制备工艺简单、易掺杂、绿色环保,因此是一种新型的耐热粘结剂材料。本文以无机聚合物作为粘结剂、以石墨作为第二相,制备了石墨/无机聚合物复合材料,探讨石墨含量、高温处理等参数对复合材料物相组成、组织结构、力学性能和2-18GHz频率波段的吸波性能的影响规律。实验结果表明:随着石墨含量的增加,石墨/无机聚合物复合材料的力学性能逐渐提高,在石墨含量为40wt%时,复合材料的抗弯强度达到最大值,比无机聚合物基体提高41.5%,随着石墨含量继续提高,复合材料力学性能呈下降趋势,这主要与石墨的分散均匀程度有关。随处理温度升高,无机聚合物由非晶态转变为结晶态即白榴石陶瓷;当处理温度进一步升高至1500℃–1700℃时,白榴石基体和石墨填充相发生碳热还原反应生成碳化硅、氮化硅和氮化铝。未高温处理的复合材料吸波率极值呈现出与力学性能类似的规律,但是有效吸波频率宽度(吸波率>10d B)随石墨含量增加而增加。随处理温度升高,在300℃–1400℃范围内,复合材料的吸波率峰值呈下降趋势,但是有效吸波频率宽度显著增加,同时峰值对应的材料厚度显著降低;但是当处理温度高于1500℃时,复合材料的吸波率峰值显著下降,而当处理温度为1700℃时,复合材料几乎不表现出吸波特性。上述研究结果表明,通过优化石墨含量和高温处理温度所制备的石墨/无机聚合物复合材料可表现出优异的力学性能和吸波性能,因此在在电磁波污染防护、飞行器隐身等领域具有潜在的应用前景。更多还原