摘 要

微波吸收材料，简称吸波材料，其相关研究由来已久。在军事、民生等多个领域，该材料发挥着重要的作用，并拥有广阔的应用前景。本文以四针状氧化锌粉（ZnOw）、碳化硅（SiC）和太阳能晶硅切割废渣为主要原料，制备ZnO/SiC复合陶瓷材料。通过XRD、扫描电镜、吸波发热效果测试、抗弯强度及抗热震性能测试等表征手段，分析陶瓷样品的成分、形貌、吸波发热性能、力学性能和抗热震性能。研究发现：

1.在埋碳还原气氛下烧结，样品中ZnO被CO还原，样品质量损失，且制得的陶瓷样品吸波发热性能不明显。

2.在氧化氛围下烧结，碳化硅被氧化，样品有质量损失，吸波发热效率降低。

3.在氧化氛围下烧结，在硅溶胶包裹保护的情况下，样品没有质量损失，且有良好的吸波发热效果。

4.在1300℃样品的密度相对较大，孔隙率较低，并且样品的抗弯强度以及抗热震性能都较好；

5.在氧化氛围中且有硅溶胶包裹的情况下，当混合料中氧化锌和碳化硅的质量比接近1:1时，样品的吸波发热效率最高。

关键词： 氧化锌 碳化硅 气氛烧结 硅溶胶

Abstract

Microwave absorbing mate rials, short-named absorbing materials, is researched for long, whose prospects is bright, role is important in the military and life. In this experiment, main materials of ZnO / SiC composite ceramic material are four-needle zinc oxide (ZnOw), silicon carbide (SiC) and Solar crystalline silicon cutting waste. Through characterizations such as XRD, SEM, absorbing heat effect test, the bending strength and thermal shock resistance test, etc, we analyzed nature of ceramic samples ——composition, morphology, absorbing heat resistance, mechanical properties and thermal shock resistance. It is found that

1. When the sample was buried under a carbon and sintering in reducing atmosphere, ZnO of the sample was reduced by CO, and the mass of sample had loss, and the resulting heat absorbing properties of ceramic samples is not obvious.
2. When the sample was sintered in oxidizing atmosphere, silicon carbide is oxidized,the mass of the sample has loss, reducing heat absorbing efficiency.
3. When the sample was sintered in oxidizing atmosphere, and wrapped in a sol protection, sample without loss of quality, and there is a good heat absorbing effect.
4. When the sample was sintered in 1300 ℃ , density of the sample is relatively large,and porosity is low. it is are good that bending strength and thermal shock resistance of the sample.
5. When the sample has been wrapped by sol, and was sintered in oxidizing atmosphere , and the quality of the mix of zinc oxide and silicon carbide ratio close to 1: 1, the highest absorbing heat efficiency of the sample.

Keywords: zinc oxide, silicon carbide sintering atmosphere sol

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1吸波材料及其种类 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1手性材料 2

1.2.2纤维吸波材料 2

1.2.3导电高分子材料 3

1.2.4纳米材料 3

1.3四针状氧化锌的特点 4

1.3.1四针状氧化锌性能介绍 4

1.3.2四针状氧化锌的吸波机理 4

1.4本文研究的目标以及意义 5

第二章 实验原料及方法 6

2.1实验原料 6

2.2实验仪器 6

2.3实验方案 7

2.3.1配料 7

2.3.2.制样 7

2.3.3烧成 7

2.4测试与表征 8

2.4.1样品发热效果测试 8

2.4.2样品密度、孔隙率测定 8

2.3.3样品抗折强度的测定 9

2.4.3样品抗热震性能的测定 9

2.4.4 X射线衍射分析（XRD） 10

2.4.5扫描电子显微镜分析（SEM） 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 ZnO/SiC复合陶瓷烧成制度的研究 12

3.1.1 X-射线衍射物相分析 12

3.1.2扫描电镜分析 13

3.2 ZnO/SiC复合陶瓷吸波发热效率的研究 15

3.4样品密度和孔隙率分析 16

3.3 ZnO/SiC复合陶瓷力学性能分析 17

3.3ZnO/SiC复合陶瓷抗热震性能分析 19

第四章 总结与展望 22

4.1总结 22

4.2展望 22

致 谢 26

第一章 绪论

1.1吸波材料及其种类

吸波材料是指可以将到达材料的电磁波吸收，并通过材料自身的某些特性将入射的电磁波的能量转化成热能或者通过电磁波的相互干涉使电磁波消失的一类材料。日常生活中人们使用的微波炉就是利用材料吸收微波转化成热能的例子。吸波材料早期最先应用在军事方面如雷达，由于吸波材料应用于战争中发挥了巨大的作用，大大促进了吸波材料的快速发展，并取得了诸多研究成果，如今吸波材料不仅在军事上扮演着重要的角色，也逐渐开始在民用领域发挥巨大作用。

微波吸收材料的种类有很多，为了便于人们更好的认识各类吸波材料，可以从不同的角度对吸波材料进行分类,目前常用的分类方法大致从化学组成、成型工艺和承载能力、损耗电磁波的机理以及研究的时期等来进行分类。

将吸波材料从化学组成角度来分类,我们可以将其大致分为无机吸波剂和有机高分子吸波剂以及有机金属络合物吸波剂^[1]。众多的吸波材料因为化学组成各异，导致了不同的吸波性能。

考虑吸波材料的制作工艺和材料的承载能力的话,目前吸波材料有涂覆型和结构型两种经常被人们所使用^[2,3]。对于涂覆型吸波材料来讲，其制作工艺很简单，首先是把微波吸收剂与粘合剂混合，然后充分的搅拌均匀,然后涂覆在目标表面，要注意均匀涂抹使之形成一层薄薄的吸波涂层。涂覆型吸波材料被广泛应用在飞行器和舰船上，使用方便，易于调节。对于结构型吸波材料来讲，它能够同时做到承载和吸波，受到相当大的重视,通常结构型吸波材料的制作是将具有吸波功能的吸收剂均匀分散在具有承载功能的层状结构材料中,或者采用高强度、透波性能好的高聚物复合材料作为承载材料,将其制成蜂窝状、波纹体或角锥体为夹芯的复合结构然后将吸波材料填充进去，从而达到材料既有吸波效能又能够承载的性能。

对吸波材料损耗电磁波的机理的探究人们做了很多的工作，也得出了许多的研究成果,将前人的研究成果进行归纳，我们发现吸波材料整体上的吸波机理可以分为电损耗型和磁损耗型^[4]。电损耗型吸波材料依靠其电学性质来达到吸收电磁波的目的，并且根据其依据的电学性质的不同又可以细分为导电损耗型材料和介电损耗型材料。导电损耗型吸波材料中以碳化硅为代表，电磁能主要衰减在材料电阻上。陶瓷是介电损耗型的吸波材料，其吸波机理为介质极化驰豫损耗，普通的无机非陶瓷材料一般不具有吸波能力。磁损耗型吸波材料主要依靠材料的磁导率这个性质来进行微波的吸收，例如铁氧体是典型的磁损耗型吸波材料，其吸波机理归结为铁磁共振吸收。并不是所有的材料都只是孤立的具有上述两种吸波机理，有些吸波材料同时按照上述两种吸波机理来吸收电磁波，如磁性金属粉（Fe,Go,Ni），其在吸收电磁波的时候，电损耗和磁损耗对电磁波的损耗都比较大^[5]。

根据吸波材料发展的历程，我们按研究时期对其进行分类,大致可以分为传统吸波材料和新型吸波材料两类^[6]。传统吸波材料发展比较早，人们对其研究也比较多，金属微粉、铁氧体等是传统吸波材料的代表，大多数传统吸波材料通常都会存在吸收频带窄、密度大等缺点。随着研究思路和研究手段的不断进步，以纳米材料、导电高聚物为代表的新型吸波材料越来越多的出现在人们的视野中，得到人们的广泛关注。

按照以上分类方式对现有的吸波材料进行分类，基本囊括了所有的吸波材料，但是有些材料的特殊性质决定它可以同时归属于多个类别，此外，还有许多的吸波材料目前尚未被发现，未来的研究中可能出现更多的、更全面的分类方法。

1.2国内外研究现状

当前对于吸波材料的研究有很多，对电磁波的应用、控制、防护以及对隐身材料的发展对吸波材料的研究都有更高、更新的要求。目前生产生活需要吸波材料具有吸收效率高、涂层薄、吸收频带宽、质量轻、抗磨蚀及成本低等综合特点，因此当前的研究也集中在这个的方向^[7]。对于吸波材料的研究目前更多的是着眼于其应用，传统的也是最受重视的应用在军事领域，即隐形战机的研发；而民用领域的热点是研究如何控制、减少电磁波对于人体的伤害，减少电磁波污染。

吸波材料的研究已经进行了很长时间，每一代科研工作者的辛勤工作、不断发现，让我们对吸波材料的掌握越来越多。目前受到人们广泛关注的吸波材料主要有：金属粉吸波材料、铁氧体材料、介电损耗型材料、纳米粉体吸波材料、导电高聚物材料、手性吸波材料、纤维吸波材料等^[8]，并且多是将吸波材料作为基础，掺入其他的材料以此来改善材料的吸波性能^[9]。其中导电高聚物材料、纳米粉体吸波材料、纤维吸波材料、手性吸波材料等新型吸波材料已经成为国内外研究的热点。持续不断的研究已经有部分国家走在了世界研究水平的前沿。

1.2.1手性材料

手性吸波材料具有手性参数，这是与常见材料最大的区别。通过手性参数的调整可以调节手性材料的性质，使其无反射，这也是手性吸波材料受到人们关注的重要原因。在以往的研究中发现，材料的介电常数和磁导率几乎是固定的，是不太容易调整的，但是手性吸波材料手性参数的调整则容易的多,除此之外，对于手性参数来讲，当频率变化的时候，手性参数变化极小，这样就使手性材料有一个很大的优势即宽频吸收。正是由于这些优异的性能使手性吸波材料受到广泛关注^[10]。当前世界上美国等国家进行了大量的投入来进行手性吸波材料的研究工作。目前在手性吸波材料的吸波微观机理方面的研究已经取得的较大的研究进展，走在了其他国家的前面，并且通过实验验证了手性吸波材料自旋波特性的存在。在我国，有人通过计算机辅助设计研究了手性吸波材料的相关性能^[11]。通过研究认为如果选择合适的手性材料进行复合将极大的改善材料的吸波性能。在理论研究方面，尽管人们普遍认为手性吸波材料具有一般材料无法比拟的优异性能，但是至今人们还没有找到足够的证据来证明少量手性吸波材料的掺入会使材料产生如此大的差别。目前的研究手性吸波材料的主要工作是对其吸波机理的研究以及对其目前存在的有争议的性能做深入的分析和实验验证。

1.2.2纤维吸波材料

纤维吸波材料是一种很好的新型吸波材料，种类不多，对其的研究主要集中在纤维的导电长度和导电性能方面，主要有碳化硅纤维、碳纤维、多晶铁纤维等几种，在实际应用中具有良好的吸波性能。碳纤维和碳化硅纤维及二者混合纤维是纤维吸波材料中独居特色的一类的材料，因为它们不仅具有良好的吸波性能还具有增加材料强度的功能，因此既能承载又能减少雷达波反射截面,还可根据需要塑造成各种隐身外形设计所需的复杂曲面形状，因此在生产生活中应用广泛。

1.2.3导电高分子材料

导电高分子材料是一个新的研究领域，主要是高分子聚合物和吸波材料交叉融合发展而来的，其目前以及今后的研究方向都在于高分子聚合物和吸波材料如何更好的复合。导电高分子材料主要是通过化学或电化学方法，将某些具有共扼主链的高分子聚合物与掺杂剂进行复合,通过高分子聚合物和掺杂剂之间的电荷转移作用来设计导电高分子材料的导电结构,然后达到阻抗匹配和电磁损耗的目的,从而吸收电磁波^[14]。导电高分子吸波材料通常是由一种有机聚合物材料与导电材料或掺杂剂按照一定比例经过一定的复合工艺复合而成。导电高分子材料还存在吸收频带窄的缺点，因此有关导电高分子吸波材料的研究主要集中在研究不同的材料与导电高分子材料复合之后，复合材料的吸波性能的变化。

1.2.4纳米材料

纳米材料组分的尺寸均在纳米数量级，也因此赋予了纳米材料纳米晶粒和高浓度晶界这两个重要特征。纳米材料目前受到人们的特别关注，具有许多独特的性质，例如：量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和界面效应等，一些材料的纳米级超微粉例如金属氧化物在细化过程中,材料表面上原子的数量会越来越多，因此而产生的高浓度晶界和晶界原子的特殊结构使材料在电磁场的辐射下,原子及电子的旋转运动更加剧烈,促使材料发生磁化,从而消耗电磁能，增加了对电磁波的吸收。但是并不是所有的纳米材料都具有吸波效应，所谓的纳米吸波剂只是将原本就能够吸波的材料颗粒制成纳米数量级，利用材料在纳米尺寸所具有的独特性质使其吸波效应进一步提高。纳米材料的不断发展对吸波材料的研究也有极