[发明专利]一种具有取向微孔的梯度吸波复合陶瓷超材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有取向微孔的梯度吸波复合陶瓷超材料及其制备方法，是将吸波复合陶瓷设计成周期性的多层台阶结构并通过3D打印方法制备而得。其中的台阶结构中各层具有不同尺寸和取向的微孔，使各层吸波陶瓷具有不同梯度的电磁参数，增强电磁波损耗，实现陶瓷吸波材料的高效电磁波吸收。本发明公开的制备方法，具有制备工艺简单、安全可靠和操作方便的显著优势，得到的吸波超材料兼具电磁波吸收效率高和重量轻的特点，可用于军用装备和电子产品的耐高温热端部件等领域的电磁隐身、抗电磁干扰等，具有广阔的应用前景和价值。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，属于吸波材料领域，尤其是涉及一种复合陶瓷超材料及其制备方法。

背景技术

近年来，各种电子设备的快速发展与普及给人们带来了巨大便利，但是由此带来的电磁波的广泛运用也带来了新的问题：电磁波可能对电子设备、仪器仪表、通讯信号等产生干扰，甚至威胁军事安全，造成巨大损失；另外，电磁辐射也会对人体、动植物的生长发育产生一定的危害。

人们已清楚的认识到这种危害，并将电磁污染认为是继水源、大气和噪声污染之后的具有较大危害性的且不易防护的新污染源。

目前，减少或者避免电磁波危害的方法主要有两种，一是优化电子线路设计，二是采用电磁防护材料对辐射进行防护。在仪器设备电路已经确定的情况下，外部的防护措施就显得尤为重要，即通过电磁吸波防护材料吸收衰减甚至阻断电磁波的传播，减少电磁污染，保证电子设备的正常运作。因此，开发宽频、轻薄、强吸收、绿色的吸波材料有很大的应用价值。

随着航空发动机、高超音速飞行器和空间探测技术的发展，为了避免电磁波对于设备元器件的影响、提高武器的隐身性能，对于一些尖端航空航天领域的热端部件提出了更高的电磁波吸收性能要求，尤其是在高温环境下的吸波性能。目前，多数关于吸波材料的研发工作都致力于实现室温下材料的“薄宽轻强”，而如何设计具有优异高温吸波性能的材料仍面临巨大挑战。

当下主流的吸波材料有导电聚合物、磁性金属及其氧化物、或金属硫化物等，它们的复合可以实现非常优异的室温吸波性能。但是上述材料存在耐温性不足(如金属只能在低于居里温度下使用)以及密度大等问题，因此很难应用于耐高温的热端部件。

而传统耐高温吸波材料通常具有电磁波吸收效率低，吸波带宽窄的缺点，因此，研发一种能够在高温下使用的具有吸收频率宽、吸波性能优异的材料就愈发重要。

增材制造(3D打印)技术是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印是制备复杂结构，特别是周期性超材料结构的有效方法。

将传统吸波材料设计成周期性的超材料结构是提高其吸波性能的有效途径。例如，专利CN201810812318.8公开了一种基于增材制造技术的吸波梯度材料及其制备方法，该方法是在打印过程中在不同层中引入不同含量的吸波剂，实现层状结构电磁参数梯度减小。但是该专利公开的方案仅适用于树脂基吸波材料；对于陶瓷基复合材料，由于需要经过烧结过程，按照该专利的方案，材料中的吸波相会发生氧化或失去磁性，从而不能达到预期的效果。

发明内容

针对上述背景技术中指出的耐高温陶瓷吸波材料仍然存在吸收频带窄，现有工艺难以用于制备陶瓷基复合材料等问题，本发明提供一种宽频梯度陶瓷吸波超材料及其制备方法，将吸波复合陶瓷设计成周期性的多层台阶结构并通过3D打印方法制备，其中台阶结构中各层具有不同尺寸和取向的微孔，使各层吸波陶瓷具有不同梯度的电磁参数。本发明的具体方案如下。

本发明的第一方面，是提供一种具有取向微孔的梯度吸波复合陶瓷超材料。

一种具有取向微孔的梯度吸波复合陶瓷超材料，包括陶瓷基体和附着于陶瓷基体的暴露面的吸波相，陶瓷基体具有取向微孔。该超材料为复数层台阶结构，例如可以是3-5层，台阶结构中任意两层的取向微孔的尺寸和取向不同。

需要说明的是，陶瓷基体的暴露面，包括陶瓷基体的外表面，以及陶瓷基体的微孔的表面。