掺铁氧体和SiC纤维水泥基复合材料的吸波性能.pdf
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1、掺铁氧体和SiC纤维水泥基复合材料的吸波性能第六图书馆用溶胶凝胶法制备了W型Ba(Znl-xCox)2Fe16O2,六方铁氧体,并以铁氧体和短切SiC纤维与水泥复合,制备了水泥基复合材料。测量了该材料的电磁参数,并计算了该材料对电磁波的反射率。结果表明:X为0.8时,W型Ba(Zn1-xrCox)2Fe16O27六方铁氧体的吸波性能最好,该铁氧体的掺量(质量分数)为35%和短切SiC纤维掺量(质量分数)为0.2%时,水泥基复合材料在1218GHz范围内具有最大反射率-13.5dB,有效带宽达到4.7GHz。用溶胶凝胶法制备了W型Ba(Znl-xCox)2Fe16O2,六方铁氧体,并以铁氧体和短
2、切SiC纤维与水泥复合,制备了水泥基复合材料。测量了该材料的电磁参数,并计算了该材料对电磁波的反射率。结果表明:X为0.8时,W型Ba(Zn1-xrCox)2Fe16O27六方铁氧体的吸波性能最好,该铁氧体的掺量(质量分数)为35%和短切SiC纤维掺量(质量分数)为0.2%时,水泥基复合材料在1218GHz范围内具有最大反射率-13.5dB,有效带宽达到4.7GHz。水泥 六方晶系铁氧体 碳化硅纤维 电磁参数 反射率硅酸盐学报午丽娟 沈国柱 徐政 李荣斌 胡雅育 1上海电机学院机械工程系,上海200240 2同济大学材料科学与工程学院,上海2000922007第六图书馆第六图书馆第 3 5卷第
3、 7期 2 0 0 7年7 月 硅酸盐学报 J OURNAL OF THE CHI NES E CE RAM I C S OCI E T Y VO 1 3 5,No 7 J U1 y,2007 掺铁氧体和 S i C纤维水泥基复合材料的吸波性能 午丽娟 ,沈国 柱2 徐政2 李荣斌I t 胡雅育 (1 上海 电机学院机械工程系,上海 2 0 0 2 4 0;2、同济大学材料科学与工程学院,上海 2 0 0 0 9 2)摘要:用溶胶凝胶法制备了 w 型 B a(Z n l-x C o x)2 F e 6 O 2 六方铁氧体,并以铁氧体和短切 S i C纤维与水泥复合,制备了水泥基复合材料。测量
4、了该材 料的电磁参数,并计算 了该材料对电磁波的反射率。结果表明:为0 8时,w 型 B a(Z n 1 r C )2 F e l 6 02 7 六方铁氧体的吸波性能最好,该铁氧体的掺量(质量分数)为 3 5 和短切 S i C纤维掺量(质量分数)为 O 2 时,水泥基复合材料在 l 2 1 8 G H z范围内具有最大反射率一 1 3 5 d B,有效带宽达到4 7 GH z。关键词:水泥;六方晶系铁氧体;碳化硅纤维;电磁参数;反射率 中图分类号:T B 3 3 2 文献标识码:A 文章编号:0 4 5 4-5 6 4 8(2 0 0 7)0 7 )9 0 4 0 5 ELECTRoMA G
5、NETI C、)l W E ABSoRBJ ,G PRoPERTI ES oF CEM ENT-BASED CoM Po S I TE Do PED W I TH FERRJ TES AND Si C FI BERS WUL ij u a n ,S H E NG u o z h u ,XUZ h e n g ,L I R o n g b i n ,HUr a y u (S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,S h ang h a i D i anj i Un i v e r s i t y,S h angha i 2
6、0 0 2 4 0;2 S c h o o l o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g,T o n g j i Un i v e r s i ty,S h angh a i 2 0 0 0 9 2,C h i n a)A b s t r a c t:W-t y p e B a(Z n 1 叫C )2 F e 1 6 O 2 7 h e x a f e r r i t e s we r e p r e p a r e d b y s o l-g e l me t h o d,and c e me n t wa s
7、fi l l e d wi t h f e r r i t e and s h o r t S i C fi b e rs t o p r e p are c e me n t ma t r i x c o mp o s i t e s T h e e l e c t r o ma g n e t i c p ara me t e r s o f the c o mp o s i t e s we r e me a s u r e d,an d t h e i r r e fl e c t i v i ty o f e l e c tro ma gn e t i c wa v e s Was
8、c a l c u l a t e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t the a b s o r p t i v i ty o f t h e h e x a f e r r i t e i s t h e b e s t a t x=0 8,an d t h e ma x i ma l r e fl e c t i v i ty in t h e fr e q u e n c y r a n g e o f l 2 一 l 8 GH z o f the c o mp o s i t e fi l l e d wi t h t h e 3 5 (i n
9、mass)f e r r i t e and 0、2(i n mass)s h o rt S i C fi b e rs i S-1 3 5 d B 1 1 1 e e ffe c t i v e b an d wi d th r e a c h e s 4 7 GHz Ke y wo r d s:c e me n t;h e x a f e r r i t e s;s i l i c o n c arb i d e fi b e r s;e l e c tro ma gn e t i c p aram e t e r s;r e fl e c t i v i ty 随着 电子、通信技术的发展
10、,电磁辐射越来越 严重,吸波建筑材料 的开发和应用已成为混凝土改 性的重要课题【J J。铁氧体作为一种传统的优 良吸收剂,既能产生 磁损耗又能产生介电损耗,在吸收雷达波、减少 电 磁波对测试信号的干扰及保护人体免受微波辐射的 侵害等方面得到了广泛的应用。w 型六方晶系钡铁 氧体是近年来研究的重点【2 J,通过调整 w 型铁氧体 的二价金属离子的量,制得吸波性能较好 的铁氧体。S i C 纤维具有优异的力学性能,是高性能复合材料 理想增强剂,同时,S i C 纤维是一种 电阻率可调的 收稿 日期:2 0 0 6-0 9-0 4。修改稿收到 日期:2 0 0 7)2-2 8。第一作者:午丽娟(1
11、9 7 8),女,硕士研究生。通讯作者:徐政(1 9 4 1),男,博士,教授。半导体陶瓷材料,当电阻率在 1 0 1 0 Q c m范围时,具有最佳的微波吸收性 能,是 目前发展最快的一种 吸波纤维 J。赵乃勤等【4】研究 了长 S i C纤维含量及排 布方式对吸波效果的影响。将 w 型 B a(Z n l-x C o x)2 F e l 6 02 7(C o Z n-W 型)六方 铁氧体和短切 S i C纤维两种 电磁波吸收剂掺到水泥 中制成水泥基复合吸波材料,从铁氧体化学组成、短切 S i C纤维含量及其电磁参数 3个方面分析了它 们对水泥基复合材料吸收性能的影响,以获得最佳 的吸收剂配
12、比。Re c e i v e d d a t e:2 0 0 6-0 9 4 Ap pr o v e d d a t e:2 0 0 7 2-2 8 F i r s t a u t h o r:wu L ij u a n(1 9 7 8 一),f e ma l e,g r a d u a t e s tu d e n t f o r ma s t e r d e g r e e E-ma f o r h o me w o r k 1 2 6 c o m C o r r e s p o n d e n t a u t h o r:xu Z h e n g(1 9 4 1-),m a l e,d
13、o c t o r,p r o f e s s o r E-ma i l:x u z h e n g l 1 7 8 y a h o o c o mc n 维普资讯 http:/ http:/ 第六图书馆第六图书馆第 3 5 卷第 7期 午丽娟 等:掺铁氧体和 S i C纤维水泥基复合材料的吸波性能 9 0 5 1 实 验 1 1原 料 用上海联合水泥公司提供 5 2 5 普通硅酸盐水泥 和平均粒径为 7 4 g m 的砂粉。用 国防科技大学提供 的 S i C纤维。试验 中未掺入石子。1 2 铁氧体 的制备 根据化学式,按 C o Z n-W 型的化学计量比称取 一定 量B a(NO 3)2
14、,F e(NO 3)3 9 H 2 0,C o(N O3)2 6 H 2 0,Z n(NO 3)2 6 H2 0 加入到一定量 的柠檬酸水溶液中直 至全部溶解,滴入氨水调节溶液 的 p H 值至中性。将上述溶液置于 8 0水浴中恒温一定的时间制得溶 胶,再将溶胶转入烘箱中,在 1 0 0恒温干燥,得到 一定粘度和流动性的透明凝胶。将所得的凝胶置于马 弗炉中升温至 1 2 5 0烧结,粉碎后制得的粉末即为 C o Z n-W 型六方铁氧体粉末。将 X为 0,1 0,0 2,0 6,0 8的 C o Z n-W 型六方铁氧体粉末分别与环氧树脂以 6:4(质量比)混合,压入矩形波导片制成测试样品,对
15、 应编号依次为样品 1 样品 5。通过对电磁参数的测 试分析,选用吸波效果较好的铁氧体(0 8)作为水泥 基复合吸波材料的一种吸收剂。1-3 S-C纤维 S i C纤维 的电阻率为 1 0 Q c m,截面呈圆形,表 面光滑。将 S i C纤维切成平均长度 3 1 T I 1 T I 的短切纤 维作为另一种吸收剂。1 4 水泥基样品的制备及测试 根据样 品的强度要求,水泥、砂、水的质量 比 为 1:1 5 8:0 4,添加铁氧体,取代相同质量 的砂,再 将短切 S i C纤维放入混合物 中充分搅拌,使其均匀 分布。将浆料压于模 内,在室温,湿度在 9 0 以下 的条件下,4 8 h后样品凝固,
16、进行淋水养护,待样 品硬化充分干燥(基底层含水率不大于 6 时),用砂 纸打磨,制得矩形波导片样 品 6 样品 1 2,样 品中 两种吸波剂的配 比见表 1。采用安捷伦 E 8 3 6 3 B矢量网络分析仪,传输 反射 法测试样品的电磁参数,测量范围为 1 2 1 8 GH z。表 1 样品 6 样 品 1 2中吸收剂 的含量 Ta b l e 1 Ab s o r b e r c o n t e n t o f s a mp l e s 6-1 2 w Zn o 2 Co 08)2 F e 1 6 0 2 7 f e r r i t e S i C fi b e r 0 0 0 1 0 1
17、0 2 0 _ 3 0 5 2 实验结果分析 根据 电磁波理论,当电磁波从空气垂直入射到 水泥基表面时,反射率 计算公式如下5】R=20l g 蛐 c)4-J 一 1 (2 批)4-J+1 其中:C为真空中的光速;厂为入射波频率;s和 分别为水泥基复合材料的介电常数和磁导率;d 为 材料厚度;J表示虚单位。将测得的电磁参数代入式(1),取 d=2 1 T I1 T I,计算并绘制 出水泥基复合材料对 电磁波的反射率随 厂 变化的曲线。2 1 Zn z+和 Co 2+含量对铁氧体 吸波性能的影响 图 1 给 出了厚度均为 2 1T I 1 T I 的铁氧体样 品 1 样 品 5对 电磁波 的反射
18、率随频率变化曲线。整体来看,样品在这一波段都有两个比较明显的吸收峰,分别 位于 1 3 5 G Hz和 1 5 5 GH z附近,当属铁氧体的畴 壁共振和 自然共振两个 吸收峰。从图 1 a可 以看出:C o 2+作为铁氧体 的二价金属离子时其吸收峰值要低 于 z n 作为 2价金属离子时的情况,差值约为 1 0 d B。这是因为 x=0时,样 品 1的 C o 2 一 W 型铁氧体 具有平面各向异性;x=1 0时,样 品 2的 Z n 2-W 型 铁氧体是单轴各向异性,通常平面型区域的材料磁 导率大于单轴型区域的相应值,即前者的磁损耗高 于后者【o j。图 1 b中,当 为 0 2时,样品
19、3的两个 吸收峰值分别为一 1 6 4 d B和一 1 5 d B,在 1 2 1 8 GH z 波段,低于一 1 0 d B带宽约为 3 2 G Hz,但在高频方 向,反射率 有所增加。当 为 0 6时,样 品 4在 整个波段上 的反射率均小于一 1 0 d B,有效吸波频率 范围增大,但最大吸收峰值不高,约为一 1 2 d B,曲 线在整个波段 比较平稳。当 为 0 8时,样品 5在 整个波段上反射率也均低于一 1 0 d B,而且最大吸收 峰值在 1 4 2 GH z处,达到了一 2 0 d B。比较 图 1 a 和 图 1 b,C o Z n w 型多元铁氧体 比单一的 C o 2 一
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