[发明专利]一种半碳化酞菁铁吸波剂的制备方法与所得吸波剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁波吸收材料的制备方法，特别是一种基于双邻苯二甲 腈树脂的吸波剂的制备，本发明同时涉及了吸波剂和其应用。

背景技术

随着航空电子技术及雷达探测技术的迅速发展，战场上的武器系统和战略 目标面临着严重的威胁，隐身技术作为提高武器系统生存能力的有效手段，受 到世界各国军事领域的高度重视。雷达隐身技术是通过减弱、抑制、吸收、偏 转目标的雷达波，降低其雷达散射截面(RCS)，使其在一定范围内难以被敌方雷 达识别和发现的技术。其技术途径之一是在雷达探测目标上应用能吸收雷达波 的材料,即利用吸波材料降低目标的RCS。

吸波材料是武器装备实现隐身效果的关键。传统的吸波材料以强吸收为主， 按照材料耗损机理可将电磁波吸收剂分为以共振和磁滞损耗来衰减电磁波的磁 介质型吸波剂，如铁氧体和羧基铁；通过介质极化弛豫损耗来吸收电磁波的电 介质型吸波剂，如钛酸钡铁电陶瓷；以及利用电场的相互作用来吸收电磁波的 电阻型吸波剂，如碳黑、金属粉、碳化硅、石墨以及特种碳纤维等。为了达到 良好的隐身效果，实际应用对吸波材料提出了“宽频带、强吸收、质量轻”等 要求。尽管国内外有关吸波材料的研究很多，但传统吸波材料的性能还不能完 全满足这一要求，如国内科研工作者WangMeng等(Absorptionpropertiesof carbonyl-iron/carbonblackdouble-layermicrowaveabsorbers，Journal ofMagnetismandMagneticMaterials,2009,321:3442–3446)明确指出 铁氧体吸波剂具有一定的局限性，存在成本高、比重大而且需要烧结和球磨， 制备过程复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单、成本低廉并且满足“宽频带、强 吸收、质量轻”等要求的新型吸波材料并同时提供该吸波材料的制备与应用。

本发明首先提出了一种半碳化酞菁铁吸波剂的制备方法，其步骤包括：

1)预聚：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂对原料双邻苯二甲腈单体与催化剂二茂 铁甲醛进行溶解，其中双邻苯二甲腈单体在溶液中的质量百分比为94％～98％，二 茂铁甲醛质量百分比为2％～6％，将混合后的溶液在200±5℃下加热并回流2～4 小时，其后将溶液倒入蒸馏水中并进行搅拌，将搅拌中析出的沉淀过滤，即得 到酞菁铁齐聚物，将该酞菁铁齐聚物用蒸馏水洗涤2～3次后烘干；

2)固化：将由步骤1)得到的酞菁铁齐聚物在固化程序下进行固化，即得 到酞菁铁聚合物，该固化程序为：起始温度为250±5℃，在此温度下恒温4小 时，然后升温至280±5℃并在该温度下恒温4小时，其后升温至300±5℃并在 该温度下恒温4小时；

3)裂解：将由步骤2)得到的酞菁铁聚合物在氮气氛围下进行裂解，对裂 解后的物质进行冷却并粉碎至微米级大小，即得到半碳化酞菁铁吸波剂，该裂 解程序为：起始温度300±5℃，其后以1℃/min的升温速率升温至裂解温度 600～900℃，并在该温度下恒温4小时。

上述半碳化酞菁铁吸波剂的制备过程中原料双邻苯二甲腈是一类综合性能 十分优异的耐高温热固性高分子，其单体中腈基受热易加成聚合形成以酞菁环 为主的体型网络结构，酞菁环中心有半径为0.135nm的空穴，可容纳多种金属 和过渡金属元素以形成金属酞菁，如果将金属酞菁通过固相裂解使其碳化，其 内部将积累大量离域电子，在交变电磁场中便可产生介电弛豫，进而吸收电磁 波，因此碳化的金属酞菁可作为吸波剂使用，其碳化程度可以通过调整裂解温 度和时间进行控制，使其只发生一定程度的碳化，即半碳化，而部分结构仍然 保持了聚合物的属性。

固化过程中温度及恒温时间的改变将直接影响所得酞菁铁聚合物的聚合程 度，进而影响裂解过程中材料结构的变化，若固化程序设计不正确则将最终导 致所得半碳化酞菁铁吸波剂的吸波性能发生变化甚至失效。

在裂解程序方面，酞菁铁聚合物裂解过程中升温速率直接决定了酞菁铁聚 合物的分解速率，升温速率过快、裂解过程过于剧烈，将造成材料内部微细结 构的破坏，致使所得材料不具备吸波的功能性；升温速率过慢等效于裂解时间 加长，可能会导致材料碳化程度太高而直接转变为碳材料，失去其作为新型吸 波剂的属性。

因此合理准确的固化及裂解程序设计是得到本发明半碳化酞菁铁吸波剂的 重要环节。