Ti3SiC2新型耐高溫吸波材料的制備及性能研究.pdf

1、吸波材料作為電磁防護(hù)與隱身技術(shù)的主要途徑之一，其性能取決于吸收劑對電磁波的損耗能力。對于武器裝備高溫部位的隱身和高溫下的電磁防護(hù)，需要可以承受高溫的微波吸收劑。Ti3SiC2因兼有金屬和陶瓷的優(yōu)異特性，有望成為一種新型的耐高溫微波吸收劑。本文通過X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡、能譜分析、X光電子能譜和介電性能測試等方法，系統(tǒng)研究了Ti3SiC2及Al摻雜Ti3SiC2粉體吸收劑的制備、結(jié)構(gòu)以及性能之間的關(guān)系，探討了Ti3SiC2/SiC

2、陶瓷材料的制備及其高溫抗氧化性能，并討論了各自相關(guān)的機(jī)理。
　　以2Ti/xSi/TiC(1.6

3、i含量的增加，樣品介電性能整體呈下降的趨勢。
　　采用2Ti/2Si/3TiC為原料合成了Ti3SiC2粉體微波吸收劑，研究了溫度對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、成分和性能的影響。結(jié)果表明：在1300℃-1450℃溫度范圍，合成產(chǎn)物中Ti3SiC2含量隨溫度的升高整體上是增大的，當(dāng)合成溫度為1400℃時(shí)，Ti3SiC2含量高達(dá)99.8％。由EDS與XPS分析可知，Ti3SiC2在1300℃時(shí)已被合成。介電性能的測試結(jié)果表明：樣品的介電常數(shù)實(shí)部ε′、虛

4、部ε″和損耗角正切tanδ值整體上隨著Ti3SiC2含量的增加而降低，雜質(zhì)相TiC的含量以及晶體中的缺陷都會對樣品的介電性能有一定的影響。
　　研究了Si含量、氧化時(shí)間和氧化溫度等因素對Ti3SiC2高溫抗氧化性能的影響。當(dāng)樣品在600℃氧化2h后，發(fā)現(xiàn)原料中Si含量越多，樣品的抗氧化性能就越好。對以2Ti/2Si/3TiC為原料合成的產(chǎn)物在600℃下氧化不同時(shí)間，結(jié)果表明：氧化時(shí)間越長，樣品表面斷裂的形貌特征就越明顯，產(chǎn)物氧化程

5、度就越嚴(yán)重，介電性能的測試結(jié)果進(jìn)一步表明了上述結(jié)論。另外，研究了以2Ti/2Si/3TiC為原料合成產(chǎn)物在600℃、800℃和1000℃溫度下的氧化行為，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧化溫度為1000℃時(shí)，Ti3SiC2樣品已被嚴(yán)重氧化。
　　以Ti/Si/TiC粉為原料、Al粉為摻雜劑，在1300℃真空氣氛下采用高溫固相反應(yīng)法制備了不同Al摻雜的Ti3SiC2吸收劑。結(jié)果表明：少量Al的添加可以提高合成產(chǎn)物的純度，但隨著Al摻雜量的增加，產(chǎn)物的純度降

6、低。生成粉體顆粒粒徑尺寸隨著Al含量的增加而增大，Al摻雜形成的產(chǎn)物為Ti3Si(Al)C2固溶體。介電性能的測試結(jié)果表明：隨著Al含量的增加，Al摻雜樣品介電性能變差，其中5%Al摻雜樣品具有最佳的微波介電特性。另外，通過Al摻雜可以有效地提高合成產(chǎn)物的抗氧化性，5%Al摻雜樣品表現(xiàn)出最好的抗氧化性能。
　　采用3TiC/2Si/2Ti、3TiC/2Si/0.2Al/2Ti和3TiC/2Si/0.2Al不同原料體系，通過熱壓燒結(jié)

7、技術(shù)，在1400℃保溫2h制備Ti3SiC2陶瓷材料研究其抗氧化性能。結(jié)果表明：Ti3SiC2/SiC復(fù)合陶瓷具有最佳的高溫抗氧化性能，其在1000℃熱處理10h后表面的氧化層厚度僅為7μm。同時(shí)以3TiC/2Si/0.2Al為原料，對比研究了不同燒結(jié)制度制備Ti3SiC2/SiC陶瓷的高溫氧化特性，結(jié)果表明：分步燒結(jié)工藝制備的Ti3SiC2/SiC陶瓷具有更好的高溫抗氧化性能。Ti3SiC2/SiC陶瓷的抗氧化機(jī)制主要是向體外擴(kuò)散的T