[发明专利]一种高温碳化有机物制备碳基吸波材料的方法

说明书

本发明公开了一种碳基吸波材料的制备方法，以糖水热碳化产物作为前驱物，经过高温碳化，在丙酮中与石蜡均匀混合分散后固化成型。本发明原料价格低廉资源丰富，制备过程重复性好，节能环保，制备的碳基吸波材料密度低，优于传统的金属基体吸波材料，在电磁波X波段具有优异的吸波性能，吸收能力强，并且能够吸收的有效频宽范围宽，满足有效损耗(‑10dB)的最小厚度低，符合新型吸波材料薄、轻、宽、强的要求，而且制备出的吸波材料表层孔洞多，可提供通道与其它材料进行复合，可以作为复合吸波材料的基体材料，应用更加广泛。

技术领域

本发明属于吸波材料技术领域，具体是一种碳基吸波材料的制备方法。

背景技术

伴随着电子信息技术的飞速发展，电磁波作为信息传播的载体已经渗入到人类生活的方方面面。无论军事还是民用，信息的产生、传递、接受和处理都要依赖于作为载体的电磁波，与此同时，信息时代电子电气产品的广泛应用形成了复杂的电磁环境，也带来了大量的负面效应，诸如电磁干扰(EMI)、电磁信息的安全性和电磁辐射对人体的危害等。因此，吸波材料作为可以有效屏蔽电磁波的介质得到极大地关注，特别是在军事隐身涂层等相关领域具有极大地应用价值。根据材料损耗机理的不同，吸波材料主要分为电阻型、电介质型和磁介质型。电阻型吸波材料主要通过与电场的相互作用来吸收电磁波，吸收效率取决于材料的电导和介电常数，主要有炭黑、金属粉、碳化硅、石墨以及特种碳纤维等；电介质型吸波材料主要通过介质极化弛豫损耗来吸收电磁波，主要以钛酸钡铁电陶瓷为代表；磁介质型吸波材料对电磁波的衰减主要来自于自然共振、畴壁共振、磁滞损耗和后效损耗等，如铁氧体和羧基铁等。迄今为止，对金属粉体等传统吸波材料的研究较为深入，但传统吸波材料主要以强吸收为主而普遍存在密度大、吸收率低等缺点。新型吸波材料则要求满足“薄、轻、宽、强”等特点，以促进实际应用，特别在军事飞行器隐身技术领域。

碳基吸波材料具有耐腐蚀、介电常数高、密度低等优点而受到科研者的青睐。石墨很早以前就被用来填充在飞机蒙皮的夹层中吸收雷达波，碳纤维复合材料被大量用于F-117、B-2等隐身战机的发动机四周、尾翼、机身等部位的蒙皮材料。碳纤维属于有机物转化而成的过渡态碳，这类电阻型碳基吸波材料内会产生趋肤效应使电磁波衰减。因此，对于有机物制备的碳基吸波材料，可通过合理引入含氧官能团及调控处于不同化学环境的碳含量进而对碳基吸波材料的吸波性能如吸收频带、有效带宽、厚度等进行改善。

目前常见制备吸波材料为金属基吸波材料，如羟基铁、四氧化三铁等，但这些方法制备出的吸波材料密度较大，而且满足有效损耗(-10dB)的最小厚度很高，材料不轻薄，不符合新型吸波材料薄、轻、宽、强的要求，使得所制备的吸波材料应用受到很大局限。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开了一种碳基吸波材料的制备方法，以糖水热碳化产物作为前驱物，经过高温碳化后，在丙酮中与石蜡均匀混合分散后固化成型。解决了现有技术中粉类吸波材料密度大、涂层厚、成本高、制备工艺复杂、吸波效果不佳的问题。

具体技术方案如下：

一种高温碳化有机物制备碳基吸波材料的方法，以糖的水热碳化产物作为前驱物，采用高温碳化法制备，具体步骤如下：

(1)糖的水热碳化：将糖与去离子水按照一定摩尔比配制成溶液后加入聚四氟乙烯内衬，将内衬放入不锈钢反应釜中，置于马弗炉中，在160～200℃的温度下反应5～20h，使糖经过脱水、缩聚充分转化为前驱物；

(2)前驱物的高温碳化：取上述前驱物置入加盖坩埚中，置于井式炉中密闭高温碳化，碳化温度为600～1000℃，碳化时间为10～120min，升温速率为5℃/min，整个碳化过程持续通入惰性气体隔绝氧气；

(3)固化成型：将上述高温碳化产物与石蜡按照质量比1:0.5～1.5充分混合，加入一定量的丙酮，超声震荡分散均匀，再于60℃水浴下将丙酮蒸出，剩余混合物烘干后自然冷却，得到所述碳基吸波材料粉末。

所述糖可以为单糖、二糖或多糖中的一种。