3D打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法

本发明涉及一种耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的制备方法。

背景技术：

1、当今电子工业迅速发展，电磁辐射已成为一种新的环境污染，吸波材料在环保中也有其重要作用，因此开展吸波材料研究无论是军事还是民用都有深远意义。

2、飞行器隐身是现代战争胜利的关键，然而随着飞行器马赫数提高，对其鼻翼等部位的耐热和吸波隐身要求越来越高。传统隐身涂层主要由吸波颗粒和环氧树脂粘结剂构成，耐热性能差；而铝吸波蜂窝的最高耐热温度不超过300℃，因此亟需开发新型的耐热吸波材料体系。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有铝吸波蜂窝材料的耐热温度较低的问题，而提供一种3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法。

2、本发明3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法按照以下步骤实现：

3、一、无机聚合物料浆的制备：

4、向磷酸激发剂溶液中加入氢氧化铝粉末，调控磷酸中的磷元素与氢氧化铝中铝元素的摩尔比p/al＝2～4，在50～80℃的温度下反应得到含磷酸二氢铝的溶液，然后加入含铝元素的陶瓷粉体，得到无机聚合物料浆；

5、二、无机聚合物基复合材料料浆的制备：

6、向无机聚合物料浆中加入吸波颗粒，高速机械搅拌均匀，得到无机聚合物基复合材料料浆；

7、三、无机聚合物基复合材料料浆的流变性调控：

8、向无机聚合物基复合材料料浆中加入流变调控剂，得到改性后的无机聚合物基复合材料料浆；

9、四、无机聚合物基复合材料的增材制造：

10、采用挤出式3d打印机对改性后的无机聚合物基复合材料料浆进行增材制造，得到无机聚合物基构件，无机聚合物基构件为(层叠)网孔阵列结构；

11、五、增材制造无机聚合物基复合材料的固化：

12、将无机聚合物基构件放入烘箱中进行固化处理，控制固化温度为100～300℃，得到复合材料坯体；

13、六、增材制造无机聚合物基复合材料的后处理：

14、在400～600℃的温度下对复合材料坯体进行高温处理，保温1～2h，得到耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件；

15、其中步骤二中所述的吸波颗粒石墨烯、碳纳米管、石墨粉、炭黑、改性碳化硅、铁氧体和锶铁氧体中的一种或者多种混合物。

16、本发明3d打印制备得到的耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的材质为耐高温的无机聚合物，且无机聚合物本身为透波基体，能实现较好的阻抗匹配从而有利于电磁波进入材料内部，无机聚合物内部的吸波颗粒通过电/磁损耗吸收电磁波，而且通过蜂窝网孔等周期性结构能实现电磁波在该结构中的反复震荡消耗，从而实现宽频吸波。

17、本发明所制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的表观密度为1.0～2.0g/cm3、压缩强度大于50mpa、并且在频率为2～18ghz范围内的反射损失≤-10db。

18、本发明提出一种低温制备、高温服役的无机聚合物基复合材料的制备方法，既能保证复合材料可在较低的温度下制备，同时可耐高温并表现出宽频吸波特性，耐热温度达到1500℃以上，可满足飞行器表面耐热吸波的迫切需求。

技术特征：

1.3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于所述制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法按照以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤一中磷酸激发剂溶液的浓度为30～70wt％。

3.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤一中含铝元素的陶瓷粉体为氧化铝、勃母石、高岭土和偏高岭土中的一种或多种混合物。

4.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤一无机聚合物料浆中的p/al摩尔比＝1：(0.8～1.2)。

5.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤二吸波颗粒的加入量占无机聚合物料浆的18wt％～24wt％。

6.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤三所述的流变调控剂为明胶、阿拉伯胶、黄芪胶、黄原胶、海藻酸钠、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、聚乙烯醇或者聚乙烯吡咯烷酮。

7.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤三改性后的无机聚合物基复合材料料浆粘度为103～105pa·s、屈服应力为2000～10000pa。

8.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤四无机聚合物基构件为网孔阵列结构，网孔的形状为蜂窝孔、圆孔或者长方形孔。

9.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤五中以250～300℃的温度固化处理1.5～2.5h。

10.根据权利要求1所述的3d打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，其特征在于步骤六中在400℃的温度下对复合材料坯体进行高温处理，保温1h。

技术总结
3D打印制备耐高温宽频吸波无机聚合物基复合材料构件的方法，本发明是为了解决现有铝吸波蜂窝材料的耐热温度较低的问题。3D打印制备无机聚合物基复合材料构件的方法：一、向磷酸激发剂溶液中加入氢氧化铝粉末，加热反应后加入含铝元素的陶瓷粉体，得到无机聚合物料浆；二、向无机聚合物料浆中加入吸波颗粒；三、向无机聚合物基复合材料料浆中加入流变调控剂；四、采用挤出式3D打印机对改性后的无机聚合物基复合材料料浆进行增材制造；五、固化处理；六、对复合材料坯体进行高温处理。本发明3D打印制备得到的宽频吸波无机聚合物基复合材料构件可耐高温并表现出宽频吸波特性，在频率为2～18GHz范围内的反射损失≤‑10dB。

技术研发人员：何培刚,贾德昌,周玉
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/20