钩针工艺之于活性碳纤维/环氧树脂电路屏吸波复合材料的设计

通过钩针工艺将活性碳纤维(ACF)和玻璃纤维(GF)混编,提高了频率选择性表面(FSS)的可设计性和复杂性,制备了ACF钩针结构单元电路屏碳纤维/环氧树脂(ACF/EP)复合材料。研究了不同编织结构和ACF质量分数对复合材料吸波性能的影响。结果表明:ACF质量分数为100%的4针枣形FSS的ACF/EP复合材料和质量分数为50%的16针枣形FSS复合材料的最大反射损耗(RL)可以达到-50dB以上,有效吸收带宽(RL-10dB)达10GHz以上。复杂的钩针设计使ACF/EP复合材料的多孔结构增多,有效吸收带宽变宽,4针枣形结构具有较多不规整孔径使吸波效果显著。适量的ACF质量分数结合编织结构有利于获得理想的CF/EP吸波复合材料。     

含同轴线活性碳毡电路屏复合材料的吸波性能研究

研究了含同轴线活性碳毡电路屏复合材料的微波吸收特性,并对电路屏的吸波机理进行了初步探讨.结果表明,含同轴线活性碳毡电路屏复合材料的吸波性能与电路屏阵列单元的尺寸和间距密切相关,经合理设计,复合材料在7～18GHz频率范围内有-10dB以下的吸收,有效带宽达11GHz.复合材料对电磁波的主要吸收机制是电磁波在电路屏和反射板之间的多次反射、衰减.     

含Minkowski活性碳毡电路屏复合材料的吸波性能研究

研究了含Minkowski活性碳毡电路屏复合材料的微波吸收特性,并对电路屏的吸波机理进行了初步的探讨。结果表明,含Minkowski活性碳毡电路屏复合材料的吸波性能与电路屏阵列单元的尺寸密切相关,经合理设计,复合材料在5.3～18GHz频率范围内有-10dB以下的吸收,有效带宽达12.7GHz。复合材料对电磁波的主要吸收机制是电磁波在电路屏和反射板之间的多次反射、衰减。     

填充吸波泡沫的碳纤维复合材料格栅结构吸波性能计算

采用空间回路网法计算得到填充吸波泡沫的碳纤维复合材料格栅结构的电磁散射性能。根据格栅结构的周期性排布特征,采用Floquet 定理分析结构的周期性边界条件,将计算模型简化为一个周期单元进行电磁场分布计算。通过计算结果分析结构在不同频率、不同单元体尺寸下的吸波性能。计算表明：对于含吸波泡沫的复合材料格栅结构,其吸波性能明显好于未填充结构;格栅单元中所填充的泡沫厚度以及泡沫体积分数是影响格栅结构吸波性能的2个主要因素。     

制备工艺对活性碳纤维微观结构和吸波性能的影响

以粘胶纤维为原料,通过碳化、活化处理工艺制备活性碳纤维,采用XRD对其微观结构进行表征,并对其吸波性能进行测试,分析了纤维的微观结构与吸波性能的关系。结果表明,制备工艺对活性碳纤维的微观结构和吸波性能有较大影响。在其它工艺参数保持不变的条件下,随碳化温度的升高,活性碳纤维的石墨化程度和吸波性能均先提高后降低;随活化时间的延长,活性碳纤维内部结构趋向不规整化,对电磁波的损耗能力增强。在活化时间为18min、活化温度为900℃、碳化时间为60min、碳化温度为425℃条件下制备的活性碳纤维的吸波性能最佳,含0.6%(质量分数)纤维的树脂基复合材料在6.3～13.4GHz频率范围内对电磁波有-10dB以下的吸收,在8.5GHz时取得的最大反射衰减为-27.3dB。     

结构吸波复合材料的吸波性能

本文制备了以石墨粉为添加剂的结构吸波复合材料,研究了吸波剂含量和材料厚度对材料吸波性能的影响并分析了其相关机理。结果表明:随着石墨粉含量、材料厚度的增加,复合材料的最大吸收峰均向低频方向移动,实验试样中最大反射率可达-16.8dB,有效带宽约3GHz,具有一定的工程实用价值。复合材料的吸波性能与石墨粉含量、材料厚度密切相关,含量、厚度引起材料的电磁参数发生改变,进而导致吸波性能发生变化,电磁参数与吸波性能的规律有待进一步深入探讨。     

含电路模拟结构吸波复合材料

研究了电路模拟结构材质、电路模拟结构尺寸、介质层电磁参数等对电阻渐变型和"陷阱"式结构吸波复合材料的吸波性能和力学性能的影响。结果表明:通过合理的结构设计,在其它条件相同的情况下含电路模拟结构电阻渐变吸波复合材料的吸波性能在8~18 GHz范围内有3~5 dB的提高;含电路模拟结构"陷阱"式吸波复合材料在厚度≤4 mm条件下,实现了吸波性能在8~18 GHz频率范围内吸收率≥12 dB。在提高吸波复合材料吸波性能的同时,电路模拟结构的引入使复合材料力学性能有一定的提高,有利于实现吸波复合材料的吸波/承载一体化。      

异形截面碳纤维复合材料的吸波性能

为了研究异形截面碳纤维复合材料的吸波性能,采用SEM、XRD及XPS等测试技术,对异形截面聚丙烯腈基碳纤维(ICF)和T300碳纤维的表面形貌、组织结构及化学组成进行了研究。结果标明：ICF的截面形状成近似正三角形,截面异形度为13.16%;与树脂基体可以形成较强的界面作用;其力学性能与T300接近,可作为结构材料的增强体使用。分别采用四电极法、网络法和雷达散射截面(RCS)法研究了2种纤维增强的复合材料的电磁性能和吸波性能。结果表明：ICF的电阻率比T300大;在高频电磁波作用下,ICF复合材料的介电常数虚部(ε″)及损耗角正切(tanδ)均比T300复合材料大;其复合材料对频率在16 GHz左右的电磁波的反射率为- 8 dB。通过研究,异形截面碳纤维复合材料同时具有承载和吸波的作用,将是一种有前途的结构吸波材料。     

复合材料中碳纤维的铺设方式对吸波性能的影响

实验采用东华大学自制的碳纤维作为吸波剂，在基体环氧树脂中平行排列，制备出了吸波复合材料。采用矢量网络分析仪在2~18GHz波段，对复合材料的吸波性能进行测试。结果表明：复合材料的吸波性能不仅与碳纤维含量有关，还与碳纤维在基体中的排列方式有关，当碳纤维含量为3．2％（质量分数）时，吸波复合材料最大反射衰减为-18．64dB，反射率〈-10dB的频率带宽为2．6GHz，同时采用电磁理论对材料的吸收机理进行了探讨。     

含碳化硅纤维正交电路屏的吸波复合材料的研究

研究了SiC纤维正交电路屏/环氧树脂复合材料和化学镀镍SiC纤维正交电路屏/环氧树脂复合材料的吸波性能.研究发现,纤维间距、镀镍纤维增重率对复合材料的吸波性能有显著影响.对于前者,纤维间距较宽时(如:8mm,6mm),材料的吸波效果很差,随着纤维间距进一步减小(6mm→4mm→2mm),材料的有效带宽和最大吸收峰值均明显增大;对于后者,随着纤维间距或增重率的增大,材料的总体吸波效果先增强后减弱.     

碳纤维增强水泥基复合材料的吸波性能研究

利用弓形反射法(NRL)测试了碳纤维掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%(质量分数)时碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)在低频段4～8GHz和高频段8～18GHz时的反射率,讨论了纤维掺量、频率、反射率之间的关系.结果发现,在纤维掺量相同条件下:低频段时,反射率＜-10dB,CFRC表现出吸波性;高频段且纤维掺量超过0.6%(质量分数)时,反射率＞-10dB,CFRC对电磁波表现出反射性.随着纤维掺量的增加,低频段时反射率先降低、后又有所回升,吸波性由弱变强、又变弱,纤维掺量为0.6%(质量分数)时出现最小反射率-15.0dB;高频段时反射率总体上呈上升趋势,材料对电磁波的反射性越来越强,纤维掺量为0.4%(质量分数)时出现最小反射率-19.4dB.     

螺旋形碳纤维结构吸波材料的制备及其吸波性能研究

用基板法以乙炔为碳源,镍板为催化剂,PCl3为助催化剂,通过化学气相沉积制备了螺旋形碳纤维手性吸收剂,并研究了其在2～18GHz的微波电磁特性:具有较高的介电损耗,电磁参数随频率的增大有减小的趋势,有利于实现宽频吸波。以螺旋形碳纤维作为吸收剂制备了Nomex蜂窝夹芯结构吸波材料,复合材料的厚度为9.5mm时,在3.76～18GHz反射率R<-10dB,反射率<-10dB的频宽为14.24GHz;最大吸收峰在10.4GHz,反射率R为-21.62dB。探讨了螺旋形碳纤维的吸波机理,螺旋形碳纤维是一种非常有发展前景的手性吸收剂和吸波材料。     

含电路模拟结构陷阱式吸波复合材料研究

研究了电路屏材质、电路屏尺寸、介质层电磁参数等对“陷阱”式结构吸波复合材料吸波性能的影响,总结了改变参数后吸波性能的变化规律。研究结果表明：通过合理的结构设计,使得吸波复合材料的吸波／承载综合性能得以提高。     

膨胀石墨／碳纤维复合材料化学镀及吸波性能研究

采用化学镀法对膨胀石墨／碳纤维复合材料表面镀镍、铁、钴,对包覆后的样品进行了SEM、EDS、XRD、IR和磁性能表征,结果表明,膨胀石墨／碳纤维复合材料表面均匀包覆了一层金属物质,其镍、铁、钴总质量大约占75 ,磷大约占5 ,镀覆后产品在近红外波段反射率明显增大,磁性能明显增强,复合材料的磁滞回线的面积和剩磁都很小,属于软磁性材料。HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2—18GHz频率范围的复介电常数和复磁导率,根据吸收屏理论公式计算出反射损耗、匹配频段及匹配厚度,结果表明,当dm=0．4mm时,反射衰减最大可达-14．6dB,反射衰减〈-5dB的频宽可达10.4GHz。     

活性碳毡电路屏(直立碳纤维)/树脂复合吸波材料

研究了含活性碳毡电路屏和直立碳纤维吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明: 含碳毡电路屏吸波材料的吸波性能与电路屏的种类(感性、容性) 和尺寸密切相关。含感性屏的吸波材料, 当毡条间距、宽度分别为7 mm、5 mm 时, 材料在整个雷达波段(8～18 GHz) 有- 10 dB 以下的反射衰减。含容性屏的吸波材料, 随电路屏中碳毡块间距和边长的减小, 吸波性能提高。含直立碳纤维材料的吸波性能与纤维间距有关, 间距为4 mm 时可获得有效带宽7. 6 GHz 的吸波材料。用分块设计的思想设计吸波材料, 可提高其吸波性能。分块中心对称的感性电路屏(毡条宽5 mm , 间距10 mm) 和直立碳纤维(间距8 mm) 混杂吸波体在11. 8～18 GHz 频带内有低于- 20 dB 的反射衰减, 最大吸收峰值- 30 dB。     

短切中空多孔碳纤维复合材料的吸波性能

以中空多孔聚丙烯腈(PAN)原丝为原料, 通过预氧化处理和碳化处理工艺制备了中空多孔碳纤维, 采用SEM和XRD对其微观结构和晶体结构进行了表征, 并对其吸波性能进行了分析. 研究结果表明, 中空多孔碳纤维是一种非石墨结构的电损耗型雷达波吸收剂; 随着短切中空多孔碳纤维体积分数的提高, 随机分布的纤维/石蜡复合吸波材料的介电常数随之增大; 用所得的电磁参数结果计算了不同厚度材料的反射率, 在2～18GHz频率范围内, 当体积分数为33.30%, 厚度为2mm时, 最低反射率为-21.36dB, 其中<-5dB的反射率带宽为5.17GHz, <-10dB的反射率带宽为2.88GHz.     

吸收剂含量对结构吸波材料吸波性能的影响

用实验和理论计算研究了碳黑、铁氧体含量对碳纤维毡／环氧树脂结构吸波材料吸收性能的影响。并由此制得了最在吸收率为－１４．９３ｄＢ、吸收率超过－１０ｄＢ的有效带宽接近雷达的整个工作频率区间的较高性能结构吸波材料的厚度为５ｍｍ,密度为１．２２ｇ／ｃｍ＾２３     

碳纤维/铁硅铝复合材料的低频吸波性能

为获得吸波性能良好的吸波材料,将电阻型吸波剂碳纤维和磁损耗型吸波剂FeSiAl片状磁粉复合,以石蜡为基体,利用模压法制备出复合材料。采用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对单一吸波剂进行了测试分析。结果发现,片状FeSiAl磁粉的粒度在数十到几百微米之间;碳纤维表面留有活性物质,截面处能看到皮芯结构;XRD衍射图谱中,FeSiAl呈现出bcc结构。对复合吸波材料的电磁参数进行测量对比,结果表明,FeSiAl片状磁粉在1~3GHz内的最佳反射率达到-40.7dB,有效吸收频带宽度约为0.5GHz;当加入长度等于4mm,含量为0.4%(质量分数)的碳纤维时,碳纤维/铁硅铝复合材料吸波性能最佳,其反射率为-49.6dB,有效吸收频带宽度为1.0GHz;FeSiAl片状磁粉平行于吸波片表面排列时,材料的反射率减小,吸波性能增强。     

几种活性碳纤维的结构及其吸氙性能研究

表征了几个系列的活性碳纤维及球状活性碳的孔结构，研究了这些多孔碳吸附材料在不同温度下对氙的吸附特征，并进一步研究了这些活性碳纤维对氙的吸附性能及其与孔结构的关系。结果表明，氙气在活性碳纤维上的吸附容量，并不随活性碳纤维的比表面积的增加而增大，而是与其孔径分布密切相关。其中，尤其以半径≤0.4nm的极微孔，最有利于氙的吸附，将上述的等温吸附数据用Langmuir吸附方程进行拟合，揭示这种结果是由于活性碳纤维中的窄孔（极微孔）对氙具有较高的吸附热所致。     

结构吸波复合材料透波层的研究

采用弓形法测试反射率,研究透波层的厚度、材质对结构吸波复合材料电磁性能的影响。结果显示,在4~18GHz范围内,厚度对其吸波性能具有显著影响,厚度分别为0.25、0.50和1.25mm的透波层,其结构吸波复合材料的最大吸收峰分别为-37.03,-33.45和-33.22dB;随厚度的增加,吸收峰的位置随向低频段显著漂移,-10dB的有效吸收带宽也显著变窄,分别为11.5,11和6.5GHz;与厚度相比,材质对结构吸波复合材料电磁性能影响较小。