[发明专利]一种复合材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开一种复合材料，包括三维石墨烯和磷酸二氢铝胶粘剂，所述胶粘剂填充在三维石墨烯的孔隙内和/或包覆在三维石墨烯的外表面。本发明中的复合材料常温下的压缩强度在28.6MPa以上，即使在1000℃下保持20min后，其压缩强度仍在22MPa以上，且在2～18GHz频段范围内具有较好的吸波性能。本发明中的复合材料耐高温性好、力学性能优异、吸波性能好，尤其适用于高端武器装备上的隐身结构设计。

【技术领域】

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种高性能复合材料、其制备方法及应用。

【背景技术】

三维石墨烯具有重量轻、密度小、柔性好、多孔结构等优异特点，在高端武器装备结构件或隐身设计上具有较好的应用前景。但三维石墨烯的抗压缩强度较差，且较难与其它部件进行连接固定，从而限制了三维石墨烯的应用。

用高分子树脂与三维石墨烯制备得到的复合材料可以显著提升三维石墨烯的力学性能，但由于大部分耐高温树脂在400℃以上会分解，因此高分子树脂复合改性的三维石墨烯仍存在耐高温性较差的问题，尤其在高端武器装备上，例如巡航导弹的弹头、弹翼，其瞬间温度在1000℃以上，且还需要装备具有隐身功能，而现有的材料无法达到上述要求，因此有必要研制一种高性能材料同时具有质量轻、优异的力学性能、吸波性能和耐高温性能。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本发明提供一种复合材料，包括三维石墨烯和磷酸二氢铝胶粘剂，所述胶粘剂填充在三维石墨烯的孔隙内和/或包覆在三维石墨烯的外表面。本发明中的复合材料常温下的压缩强度在28.6MPa以上，即使在1000℃下保持20min后，其压缩强度仍在22MPa以上，且在2～18GHz 频段范围内具有较好的吸波性能，具有质量轻、优异的力学性能、吸波性能和耐高温性能。

在本发明的一些实施例中，按质量份数计，所述胶粘剂包括100份磷酸二氢铝胶体、80～120份硅微粉、1～5份氧化锌、6～15份氧化硼和2～6 份氧化铝。本发明中的耐高温胶粘剂的介电常数在2.1～2.9之间，较低的介电常数能够增加复合材料与空气阻抗匹配度，从而进一步提高复合材料的吸波性能。

在本发明的一些实施例中，所述磷酸二氢铝胶体在25℃下的相对密度为1.4～1.6g/cm³。

在本发明的一些实施例中，所述磷酸二氢铝胶体由60～65％磷酸和氢氧化铝粉末按摩尔比3:1混合，然后在80～120℃加热搅拌得到。当然，本发明中的磷酸二氢铝胶体还可以通过其它现有技术制备或购买得到。

在本发明的一些实施例中，所述三维石墨烯骨架可通过水热法制备三维石墨烯水凝胶，再将水凝胶进行冷冻干燥后得到三维石墨烯骨架。

在本发明的一些实施例中，所述氧化锌的粒径为20～300nm。纳米ZnO 活性高，在本发明中可与磷酸二氢铝中的PO₄^3-离子发生反应，在胶粘涂层中形成-O-Zn-O-等长键，促进胶粘涂层的交联固化，可降低胶粘涂层固化温度。且纳米氧化锌由于粒度小、碱性强，对胶粘涂层具有固化促进作用，可以显著降低胶粘涂层固化温度。另外可以更多地吸附固化过程中产生的水分，使有利于反应向正反应方向进行。

在本发明的一些实施例中，所述硅微粉包括纳米级硅微粉和/或微米级硅微粉。本发明中的硅微粉能有效降低胶粘剂体系的收缩率和应力；改善胶粘剂层的耐水性和抗摩擦性，同时提高结合强度和降低体系介电常数。

在本发明的一些实施例中，所述硅微粉由粒径为20～300nm的纳米级硅微粉和粒径为5～20μm的微米级硅微粉按质量比1:1共混组成，可进一步提高胶粘剂的粘接强度和降低体系介电常数。

在本发明的一些实施例中，所述氧化铝的粒径为0.8～10μm。在本发明中氧化铝可与氧化硼反应生成氧化铝氧化硼化合物(例如mAl₂O₃·nB₂O₃) 陶瓷玻璃相，提高结合界面润湿性，进一步提高结合强度。