8.2~18 GHz波段下性能較好的碳化硅材料吸波

吸波材料能有效吸收電磁波，避免電磁波反射，在軍工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。先進(jìn)院科技采用簡(jiǎn)單易行的機(jī)械混合法制備了一系列環(huán)氧樹脂/碳化硅/鎳復(fù)合材料并研究了其吸波性能。結(jié)果顯示，當(dāng)環(huán)氧樹脂占比在20 wt%~30 wt%之間時(shí)，隨著碳化硅含量的增加，環(huán)氧樹脂/碳化硅復(fù)合材料的吸波性能得到顯著提升；而在環(huán)氧樹脂占比20 wt%的環(huán)氧樹脂/碳化硅/鎳復(fù)合材料中，隨著鎳含量的增加，復(fù)合材料吸波性能先好后差，其中環(huán)氧樹脂/碳化硅/鎳質(zhì)量比為2:7:1的樣品在材料厚度為1 mm時(shí)更低反射率為?13.26 dB，頻帶寬度約為1.65 GHz，達(dá)到了吸波材料基本要求，有望成為8.2~18 GHz波段下性能較好的吸波材料。

吸波材料是一類可以借助介電損耗、磁損耗等機(jī)制耗散電磁波能量或使電磁波因干涉而消失，從而有效避免入射電磁波反射的材料，對(duì)于軍工、民用等領(lǐng)域具有非常重要的意義。無論是在軍工領(lǐng)域作為隱身材料應(yīng)用于飛機(jī)、艦艇、導(dǎo)彈、坦克等大型作戰(zhàn)武器上，還是在民用領(lǐng)域保護(hù)電子設(shè)備或保障人類身體健康上 ，吸波材料的應(yīng)用十分廣泛，因此吸波材料已經(jīng)成為各國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的一類材料 。由于雷達(dá)監(jiān)測(cè)的電磁波頻率范圍一般為2~18 GHz，因此大多數(shù)吸波材料的研究波段集中在2~18 GHz 。

研究吸波材料通常用反射率R (單位dB)以及R < ?10 dB的頻帶寬度來反映吸波材料的吸波性能 ：R反映了電磁波在吸波材料和空氣界面處的反射程度，數(shù)值越小吸波性能越好 ；R < ?10 dB則表明材料能夠吸收90%以上的電磁波能量，可認(rèn)為材料有效吸收了電磁波，頻帶寬度越大吸波性能越佳 。對(duì)于單層吸波材料，R可通過傳輸線理論公式(1)和(2)用復(fù)介電系數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率來表示  (公式中的Z是相對(duì)于自由空間的輸入阻抗，μr、εr分別是復(fù)磁導(dǎo)率和復(fù)介電系數(shù)，f是電磁波頻率(單位Hz)，d是材料厚度(單位mm)，c是真空光速(取2.997925 × 1011 mm/s) )：

Z=μrεr??√tanh(j2πfdcμrεr????√)Z=μrεrtanh(j2πfdcμrεr)(1)

R(dB)=20log∣∣Z?1Z+1∣∣R(dB)=20log|Z?1Z+1|(2)

吸波材料根據(jù)電磁波的損耗機(jī)制可分為電阻型、電介質(zhì)型和磁損耗型 。電阻型吸波材料主要通過電阻耗能散熱吸收電磁波，電介質(zhì)型吸波材料主要借助極化弛豫等介電損耗機(jī)制吸收電磁波，而磁損耗型吸波材料主要利用磁滯損耗、渦流損耗、自然共振損耗以及疇壁共振等磁損耗機(jī)制吸收電磁波。碳化硅(SiC)是一種電介質(zhì)型吸波材料 ，主要依靠介電極化損耗來消耗電磁波能量，損耗機(jī)理比較復(fù)雜 。
碳化硅不僅吸波性能可調(diào)，而且具有密度小、耐高溫、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)、薄層等優(yōu)良特性，因此成為吸波材料領(lǐng)域中研究的重點(diǎn) 。為進(jìn)一步提升碳化硅材料的吸波性能，通常采用添加其它材料制備復(fù)合材料的方法來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn) 。其中，添加鐵、鈷、鎳等磁性材料后，碳化硅復(fù)合材料可同時(shí)兼具磁損耗和介電損耗，有望獲得吸波性能較好的吸波材料。

鑒于此，本研究將以環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑，主要關(guān)注環(huán)氧樹脂/碳化硅/鎳復(fù)合材料對(duì)于X波段(8.2~12.4 GHz)和Ku波段(12.4~18 GHz)電磁波的吸波性能。先進(jìn)院科技首先探究碳化硅的含量對(duì)不含鎳的環(huán)氧樹脂/碳化硅復(fù)合材料吸波性能的影響，而后選擇并固定更佳環(huán)氧樹脂質(zhì)量占比，先進(jìn)院科技研究鎳的含量對(duì)環(huán)氧樹脂/碳化硅/鎳復(fù)合材料吸波性能的影響。