一种复合粉体材料及利用该材料制备的涂料及其应用的制作方法

本发明涉及一种复合粉体材料及利用该材料制备的涂料及其应用，属于材料制备技术领域。

背景技术：

目前使用的一些单一吸波材料均具有作为薄的吸波涂层而吸波强度不够强，频带宽度不够宽的缺点，所以寻找价格低廉、来源广泛、同时具有微波吸收强度高，吸收频带宽等优异吸波性能的材料是目前我国科技的难题。研究表明尖晶石铁氧体吸波性能较好，合成简易且原料广泛，是比较常用的吸波材料；cnts和sic材料均为普通广泛的优秀吸波材料，微波吸收材料在微波通讯、隐身技术、微波暗室、防止电磁污染以及抗电磁辐射等方面具有广泛的应用，具有很高很深远的研究价值。

一般情况下，吸波材料需要达到“厚度薄、吸收强、密度小、频带宽”，而目前所具有的吸波材料很难同时具有上述四种特性中的三种，其吸波缺陷主要表现在几个方面：吸收频带窄、密度大（很重容易脱落）、吸收强度不够（不能及时处理大量的电磁波）、稳定性不好（在环境湿度或温度改变时会影响其吸波性能，且影响是不可逆的）等问题。因此，要研究出优质的吸波材料并适应军事与民用目的仍然迫在眉睫。

1、微波吸收材料吸波机理

吸波材料主要靠两个机制来实现有效吸收微波的性能，一是材料对波的阻抗匹配；二是材料对电磁波的衰减，其中阻抗匹配是指电磁波在材料的表面不会因为材料的表面特征而不匹配使材料大量被反射出去让雷达侦探到，符合阻抗匹配条件的材料能让电磁波最大限度进入到材料内部；而符合衰减条件的定义即进入到材料内部的电磁波能够最大限度地被材料吸收且衰减掉，这两种机理是吸波材料吸波的关键，而其中防反射特性更加适用于复合材料。

sic材料性质稳定、耐腐蚀、吸波频带宽、介电性能可调且吸波性能良好，主要是介电损耗，有研究发现不同粒度的碳化硅氧化温度不同，小颗粒粉末的比表面积大，氧化温度偏小，所以在其表面包裹一层氧化硅制得sic复合粉体，同时相比较于大颗粒粉体，纳米级复合粉体的吸波性能更优，所以进行复合可以在对材料吸波性能影响最小的情况下降低原料价格。

所以如何利用sic材料制备出性能优异的吸波材料便成为一个重要的研究方向。

技术实现要素：

本发明针对上述缺陷，目的在于提供一种制备出来的涂料具备良好吸波性能的一种复合粉体材料及利用该材料制备的涂料及其应用。

为此本发明采用的技术方案是：一种复合粉体材料，按照以下步骤进行：

1）混合：取sic粉体悬浮于去离子水中，超声分散20-30min以使颗粒均匀分散；

2）加入乙醇作为溶剂，通过hcl调节悬浮液ph，缓慢滴入teos（正硅酸乙酯）成为悬浮液；

3）水解鳌合：悬浮液在55-65°下不断搅拌至凝胶状态，时间为3.5-4h；

4）干燥：将加热搅拌得到的湿凝胶放入鼓风干燥箱中115-120℃加热继续蒸发直至形成干凝胶，其干燥过程约为48-54小时；

5）加热处理：将干燥得到的干凝胶粉碎后放入马弗炉中升温到380-420°（升温速度为4-5℃/min）保温2-2.5小时，后随炉冷却，得到包核蓬松复合粉末。

一种复合粉体材料，通过hcl调节悬浮液ph值至8-9。

利用所述的复合粉体材料制备得到的涂料，按照以下步骤进行：

1）sic复合材料40-50%，水35-60%，分散剂、润湿剂、增稠剂各3-3.5%制成浆料（质量比）；

2）碳黑粉剂40-50%，水35-60%，分散剂、润湿剂、增稠剂各3-3.5%制成浆料（质量比）；

3）sic浆料65-70%，碳黑浆料30-35%按比例制成混合浆料（质量比）；

4）混合浆料40--45%，四乙胺四氟化硼酸盐3-4%，阻燃涂料45-60%制成成品浆料。

涂料的应用，按照以下步骤进行：

1）将涂料颗粒细度研磨至不大于30μm；

2）轧车压力控制在0.05~0.07mpa；

3）烘干温度以在烘干时间1~3min内烘干而不破坏涂层为准；

4）浸轧温度为110℃，定型温度为160℃；

5）采用二道浸轧工艺而成。

涂料的应用，把涂料均匀涂于织物表面,利用其不同的沸点,进行分阶段蒸发,在织物表面形成多微孔性的涂层薄膜。

本发明的优点是：本发明吸波复合材料具有吸波范围广，性能稳定、厚度薄、质量轻、耐腐蚀的特点。

附图说明

图1为ph值不同时制备得到壳核结构sio2@sic粉体的反射率示意图。

图2为制备复合粉体流程图。

具体实施方式

一种复合粉体材料，按照以下步骤进行：

1）混合：取sic粉体悬浮于去离子水中，超声分散20-30min以使颗粒均匀分散；

2）加入乙醇作为溶剂，通过hcl调节悬浮液ph，缓慢滴入teos（正硅酸乙酯）成为悬浮液；

3）水解鳌合：悬浮液在55-65°下不断搅拌至凝胶状态，时间为3.5-4h；

4）干燥：将加热搅拌得到的湿凝胶放入鼓风干燥箱中115-120℃加热继续蒸发直至形成干凝胶，其干燥过程约为48-54小时；

5）加热处理：将干燥得到的干凝胶粉碎后放入马弗炉中升温到380-420°（升温速度为4-5℃/min）保温2-2.5小时，后随炉冷却，得到包核蓬松复合粉末。

一种复合粉体材料，通过hcl调节悬浮液ph值至8-9。

利用所述的复合粉体材料制备得到的涂料，按照以下步骤进行：

1）sic复合材料40-50%，水35-60%，分散剂、润湿剂、增稠剂各3-3.5%制成浆料（质量比）；

2）碳黑粉剂40-50%，水35-60%，分散剂、润湿剂、增稠剂各3-3.5%制成浆料（质量比）；

3）sic浆料65-70%，碳黑浆料30-35%按比例制成混合浆料（质量比）；

4）混合浆料40--45%，四乙胺四氟化硼酸盐3-4%，阻燃涂料45-60%制成成品浆料。

涂料的应用，按照以下步骤进行：

1）将涂料颗粒细度研磨至不大于30μm；

2）轧车压力控制在0.05~0.07mpa；

3）烘干温度以在烘干时间1~3min内烘干而不破坏涂层为准；

4）浸轧温度为110℃，定型温度为160℃；

5）采用二道浸轧工艺而成。

涂料的应用，把涂料均匀涂于织物表面,利用其不同的沸点,进行分阶段蒸发,在织物表面形成多微孔性的涂层薄膜。

下面对本发明做出进一步详细的说明：

复合粉体的制备过程是以工业sic粉体为原料，以乙醇为溶剂，hcl为催化剂通过溶胶凝胶法制备得到复合粉末，其中加入乙醇的原因是：由于正硅酸乙酯与水基本属于不共溶的状态，但是溶胶凝胶的反应必须有水的参与，所以要选择醇类中最简单的乙醇作为最常用最佳的共溶剂起到均匀化分散的目的；其次在其中加入催化剂hcl的原因是：正硅酸乙酯可以在酸或者碱的条件下被催化，而在碱性条件下水解时水是没有直接参加反应的，且反应速率会低，所以选择在酸条件下反应，但是酸性的程度不同对水解反应和缩聚反应可能是相反的作用，所以对溶液ph的控制很重要，时采用溶胶凝胶法通过调节ph制备得到的壳核结构sio2@sic，粉体反射率与频率间的变化关系图，由图可知，随着ph值的增大，壳核结构sio2@sic复合粉体的最大吸收峰值先增大后减小，在ph为1.15的强酸性条件下，复合体的吸波性能最弱，在ph为2--2.08和8--9时吸波性能相当，且当ph=8--9时复合体的吸波峰值最大为-17.90db，且在2-18ghz范围内，当复合体反射率值小于-10db时所对应的吸波频段为7.12到14.96ghz，带宽为7.84ghz，所以ph=8-9时复合材料吸波性能最优，这是由于利用溶胶凝胶法制备得到的前驱体溶液，其ph值对后期形成产物的结构和性能等有很大的影响。柠檬酸是三元弱酸，在不同ph条件下会形成不同的络合物，当ph不同时，样品的平均晶粒尺寸变化较小。不同的包覆形态和尺寸均对复合体的吸波性能有所影响。

2、主要过程包括以下几个方面：

1）混合：取一定量sic粉体悬浮于去离子水中，超声分散20--30min以使颗粒均匀分散；

2）加入适量乙醇作为溶剂，通过hcl调节悬浮液ph，缓慢滴入teos（正硅酸乙酯）成为悬浮液；

3）水解鳌合：悬浮液在55-65°下不断搅拌至凝胶状态，3.5--4h；

4）干燥：将加热搅拌得到的湿凝胶放入鼓风干燥箱中115--120℃加热继续蒸发直至形成干凝胶，其干燥过程约为48-54小时；

5）加热处理：将干燥得到的干凝胶粉碎后放入马弗炉中升温到380-420°（升温速度为4-5℃/min）保温2-2.5小时左右，后随炉冷却，得到包核蓬松复合粉末得到蓬松的包核结构sio2@sic复合粉末；

6）复合粉末与其他材料混合制作成涂层材料；

7）涂层材料与纺织基布复合。

一、复合粉体的制备：

①溶胶凝胶法制备得到sic复合材料，并对其物相组成，微观形貌和吸波性能进行研究分析，得到最佳的实验配比、ph、掺水量和烧成制度；

②用溶胶凝胶法制备得到复合材料，并对其物相组成，微观形貌和吸波性能进行研究分析，得到最佳的实验配比、烧成制度和掺入的元素类型；

制备方式为：样品粉末与石蜡按质量比4:1均匀混合。

制样方法为取适量粉末置于无水乙醇中并进行超声分散，干燥。溶胶凝胶法制备方法具有反应温度低、各组分混合均匀、化学计量准确易于加工成型、易于对掺杂成分进行控制、制备的材料纯度高均匀性高等优点，该试验中用到的主要原料正硅酸乙酯在溶胶凝胶制备过程中的水解缩合反应分为三步：

第一步是水解反应，反应会生成羟基化产物和想要的醇物质；

第二步反应为si(oh)4之间的或者si(oh)4与si(oc2h5)4之间的缩合反应生成溶胶；

第三步为聚合反应，即凝胶化。

二、涂层材料的制备：

雷达隐身涂层的配方：

1、sic复合材料40-50%，水50-60%，分散剂、润湿剂、增稠剂各3.5%制成浆料；

2、碳黑粉剂40-50%，水50-60%，分散剂、润湿剂、增稠剂各3.5%制成浆料；

3、导电石墨浆料65-70%，碳黑浆料35-30%按比例制成混合浆料；

4、混合浆料40--45%，四乙胺四氟化硼酸盐3-4%，阻燃涂料45-51%制成成品浆料；

注意事项

1.颜料颗粒细度不大于30μm

2.轧车压力控制在0.05~0.07mpa

3.烘干温度以在烘干时间1~3min内烘干而不破坏涂层为准

4.浸轧温度为110℃，定型温度为160℃

5.采用二道浸轧工艺

把浆料均匀涂于织物表面,利用其不同的沸点,进行分阶段蒸发,在织物表面形成多微孔性的涂层薄膜。

此种吸波材料是粉体为粒度11-13μm左右的包核粉体装物质与各种涂层助剂混合均匀涂到纺织基布上，当v(乙醇/水)=2:1、m(sic/sio2)=7:3、ph=8-9时其吸波峰强在频率为9.68ghz处达到最大为-29.98db，其中小于-10db的频段从3.76到15.04ghz，带宽12.28ghz。此种吸波复合材料具有吸波范围广，性能稳定、厚度薄、质量轻、耐腐蚀的特点。