本發(fā)明屬于微波吸收材料，具體涉及一種yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，無線通信的快速發(fā)展，智能家居、交通和醫(yī)療設(shè)備的日益普及，給快節(jié)奏的社會帶來了便利。同時，大量的電子設(shè)備應(yīng)用也大大增加了電磁輻射，造成了嚴(yán)重的電磁污染問題。這些電磁污染不僅干擾電氣設(shè)備的運行，而且對人體健康和自然環(huán)境有害，甚至影響安全或造成重大事故。為此，開發(fā)高性能的電磁波吸收材料，將入射電磁波轉(zhuǎn)化為熱或通過界面將其耗散，具有十分重要的意義。而且，隨著吸波材料在某些裝備上的廣泛應(yīng)用，在抗氧化方面對電磁波的強(qiáng)吸收提出了更高的要求。

2、稀土硅酸鹽具有低熱膨脹系數(shù)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性，是高溫硅基陶瓷最有前途的環(huán)境屏障涂層材料。其中，yb2si2o7是典型的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，廣泛應(yīng)用于高溫耐氧化涂層、耐腐蝕陶瓷和耐熱沖擊涂層，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，但同時也存在吸收強(qiáng)度低、有效吸收頻帶低的缺點，從應(yīng)用上來看，是無法作為吸收材料去應(yīng)用。加之，對于吸收材料的研究目前仍然主要集中在傳統(tǒng)吸收材料上，收效甚微。

3、結(jié)合現(xiàn)狀，本發(fā)明研究團(tuán)隊認(rèn)為有必要改變常規(guī)思維，不受限于傳統(tǒng)吸收材料的研發(fā)路徑，研發(fā)一種能夠應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的新型微波吸收材料，以滿足惡劣環(huán)境對吸波材料的吸波性能以及抗氧化性能等方面的高要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對惡劣環(huán)境中對吸收材料性能的高要求以及目前傳統(tǒng)吸收材料研發(fā)處于瓶頸期，提供一種yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明的構(gòu)思：

3、本發(fā)明研究團(tuán)隊認(rèn)為yb2si2o7具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，非常適用于惡劣環(huán)境，但因受限于其有吸收強(qiáng)度低、有效吸收頻帶低的缺點，一直存在無法作為吸收材料去應(yīng)用的偏見。本發(fā)明研究團(tuán)隊另辟蹊徑，在yb2si2o7陶瓷的基礎(chǔ)上進(jìn)一步地研發(fā)，以期獲得一款滿足要求的吸波材料。

4、首先，本發(fā)明針對yb2si2o7陶瓷存在的問題進(jìn)行了深入的分析，發(fā)現(xiàn)主要是由于該類陶瓷基體具有相對較高的介電常數(shù)實部，大量的電磁波會在材料表面反射，不能使電磁波盡可能進(jìn)入材料內(nèi)部被吸收，同時由于缺乏有效的電磁波耗散相，從而才導(dǎo)致其電磁波損耗能力不足。鑒于該因素，加之傳統(tǒng)電磁波吸收陶瓷是由吸收劑和載流子組成的，因此，擬先引入吸收劑去克服該類陶瓷基體目前面臨的問題，tio2nws作為一種性能優(yōu)異的導(dǎo)電半導(dǎo)體，被本發(fā)明研究團(tuán)隊選擇作為吸收劑使用。如此，本發(fā)明經(jīng)過調(diào)整配比和工藝流程，制備出了具有一定的電磁波吸收能力以及化學(xué)穩(wěn)定性的復(fù)合陶瓷yb2si2o7/tio2nws，此為突破一，將不被看好的yb2si2o7通過優(yōu)化，使其能夠作為微波吸收材料使用；然而僅止步于此還不夠，yb2si2o7/tio2nws陶瓷雖然能夠在惡劣環(huán)境中作為吸收材料使用，可以滿足吸波性能、耐腐蝕性能以及抗氧化性能的要求，但通過研究發(fā)現(xiàn)在電磁波吸收能力上，yb2si2o7/tio2nws陶瓷的有效吸波帶寬（eab）范圍還較小，對于寬頻吸波能力比較局限，并且面對日益提升的高要求，其還有提升的空間，為此，擬進(jìn)一步引入basralsio，basralsio能夠與tio2nws聚合形成小顆粒，增加陶瓷內(nèi)部缺陷從而加大極化作用，且在陶瓷表面形成小面積薄膜狀，增強(qiáng)對電磁波的吸收以及增加了對特定波長電磁波的響應(yīng)，從而進(jìn)一步提升對于寬頻吸波性能要求，作為一種高溫耐氧化涂層、耐腐蝕陶瓷和耐熱沖擊涂層，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。

5、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)解決方案是：

6、一種yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷的制備方法，其特征在于：

7、按照10∶1-3∶1的質(zhì)量比將yb2si2o7粉末、basralsio粉末以及tio2粉末均勻混合，然后在15-25?mpa壓力下進(jìn)行冷壓，壓制成型（冷壓成尺寸為?35×15×4?mm3的立方體）后置于溫度為1100-1500°c的空氣氛圍中燒結(jié)1.5-2.5?h，得到y(tǒng)b2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷。

8、進(jìn)一步地，采用溶膠凝膠法制備yb2si2o7粉末，所述yb2si2o7?粉末的制備方法如下：

9、將yb(no3)3·6h2o溶解于去離子水中得到溶液a；

10、將正硅酸乙酯溶解在乙醇中，攪拌得到溶液b；

11、室溫下，將溶液a和溶液b混合攪拌得到透明凝膠c；

12、將凝膠c干燥后，進(jìn)行焙燒，得到粉末d；其中，干燥的工藝條件為：先在70-90°c下干燥20-30h，再在110-150°c下干燥11-13h；焙燒的工藝條件為：焙燒溫度為1100-1200°c，焙燒時間為2-3?h；

13、將粉末d球磨20-60?min，此過程重復(fù)5-15次，相鄰兩次時間間隔10-20min，干燥后得到y(tǒng)b2si2o7粉末。

14、進(jìn)一步地，采用溶膠凝膠法制備basralsio粉末，所述basralsio?粉末的制備方法如下：

15、將baco3、al(no3)3·9h2o和sr(no3)2溶解于檸檬酸中得到溶液e；

16、將正硅酸乙酯溶解在乙醇中，攪拌得到溶液f；

17、室溫下，將溶液e和溶液f混合攪拌得到透明凝膠g；

18、將凝膠g干燥后，得到粉末h；其中，干燥的工藝條件為：先在70-90°c下干燥20-30h，再在110-150°c下干燥11-13?h；

19、將粉末h球磨20-60?min，此過程重復(fù)5-15次，相鄰兩次時間間隔10-20min，干燥后得到basralsio粉末。

20、采用上述球磨工藝，旨在將粉末d和粉末h中存在的小顆粒磨成粉狀，有利于后續(xù)的壓片處理，因為存在小顆粒無法壓制成型。

21、進(jìn)一步地，采用水熱法制備tio2nws粉末，所述tio2nws粉末的制備方法如下：

22、將鈦酸四丁酯、異丙醇以及摩爾濃度為0.08-0.12mol/l的naoh溶液按照?1∶2∶2的體積比進(jìn)行混合，得到溶液i，攪拌20-60min后移至反應(yīng)釜中在170-190°c下進(jìn)行水熱反應(yīng)11~13?h；

23、自然冷卻后，先用去離子水洗滌反應(yīng)沉淀物，再用摩爾濃度為0.05-0.15mol/l的hci溶液洗至?ph?=6.5-7.5，隨后過濾，將濾餅于70-90?°c下烘干，得到粉末j；

24、將粉末j在空氣中700-900?°c下煅燒1.5-2.5?h，得到tio2nws粉末。

25、進(jìn)一步地，yb(no3)3·6h2o、正硅酸乙酯、乙醇和去離子水的摩爾比為1∶1.2∶4∶4；

26、凝膠c干燥的工藝條件為：先在80°c下干燥24?h，再在110°c下干燥12?h；焙燒的工藝條件為：在1100°c下熱處理?2?h；

27、將粉末d用行星球磨機(jī)球磨30?min，此過程重復(fù)10次，相鄰兩次時間間隔15min。

28、進(jìn)一步地，baco3、al(no3)3·9h2o、sr(no3)2、正硅酸乙酯、乙醇和檸檬酸的摩爾比為1∶2∶1∶1.2∶3∶3；

29、凝膠g干燥的工藝條件為：先在80°c下干燥24?h，再在120°c下干燥12?h；

30、將粉末h用行星球磨機(jī)球磨30?min，此過程重復(fù)10次，相鄰兩次時間間隔15?min。

31、進(jìn)一步地，naoh溶液的摩爾濃度為0.1mol/l；溶液i攪拌30?min，水熱反應(yīng)的溫度180?°c，時間為12?h；

32、用摩爾濃度為0.1mol/l?的hci溶液洗至?ph=7，隨后過濾，將濾餅于80°c下烘干，得到粉末j；

33、將粉末j在空氣中800°c下煅燒2?h，得到tio2nws粉末。

34、優(yōu)選地，按照10∶3∶1的質(zhì)量比將yb2si2o7粉末、basralsio粉末和tio2nws粉末均勻混合，然后在20?mpa壓力下進(jìn)行冷壓，壓制成型后置于溫度為1300°c的空氣氛圍中燒結(jié)2h，得到y(tǒng)b2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷。

35、本發(fā)明還提供了一種yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷的制備方法，其特殊之處于，采用上述制備方法制備得到。其中，yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷可通過改變basralsio粉末的含量可調(diào)節(jié)復(fù)合陶瓷基體的介電性能，使其具有吸收電磁波的性能。

36、此外，本發(fā)明還提供了上述一種yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷在微波吸收方面的應(yīng)用。

37、以及，該應(yīng)用的延伸，一種吸波材料，其有效成分為上述一種yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷。

38、本發(fā)明的原理：

39、本發(fā)明按照在yb2si2o7陶瓷基礎(chǔ)上通過引入tio2nws以及basralsio的研發(fā)路徑，采用冷壓法制備出，可通過改變原料質(zhì)量比例從而實現(xiàn)可調(diào)介電常數(shù)和電磁波吸收特性的、具有不同能隙和結(jié)構(gòu)性能的三元陶瓷——yb2si2o7-basralsio/tio2nws陶瓷。本發(fā)明通過構(gòu)建3種異質(zhì)結(jié)構(gòu)分別是yb2si2o7、tio2nws、basralsio，這三種結(jié)構(gòu)可以相互有效地減小陶瓷異質(zhì)結(jié)的能隙，在導(dǎo)電相含量較低的情況下實現(xiàn)更高的電子遷移率，提高材料的導(dǎo)電損耗。basralsio可增強(qiáng)yb2si2o7-basralsio/tio2nws陶瓷的極化能力進(jìn)而調(diào)節(jié)材料的介電常數(shù)，使得電磁波進(jìn)入到材料內(nèi)部而不是在材料表面進(jìn)行反射，電磁波在yb2si2o7、tio2nws和basralsio三者之間不斷進(jìn)行反射和散射，從而增加了電磁波的傳輸路徑，使其得到有效損耗。yb2si2o7-basralsio/tio2nws陶瓷內(nèi)部異質(zhì)界面和缺陷作為極化中心，提高了陶瓷異質(zhì)結(jié)對電磁波的損耗能力以及對于電磁波吸收帶寬的頻率范圍。

40、本發(fā)明的優(yōu)點是：

41、1.本發(fā)明通過在yb2si2o7-tio2nws陶瓷的基礎(chǔ)上將basralsio引入到材料當(dāng)中，形成yb2si2o7-basralsio/tio2nws陶瓷。該復(fù)合陶瓷在原yb2si2o7-tio2nws陶瓷的電磁波吸收性能上進(jìn)行了提升，材料內(nèi)部所形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)對yb2si2o7-basralsio/tio2nws陶瓷的介電性能有著重要影響；同時通過調(diào)節(jié)含量比例（主要是指basralsio粉末的含量）來控制陶瓷的結(jié)構(gòu)特性。隨著basralsio粉末含量的增加，yb2si2o7-basralsio/tio2nws陶瓷的電磁波耗散性能顯著提高，當(dāng)yb2si2o7粉末、basralsio粉末和tio2nws粉末比為10∶3∶1時，yb2si2o7-basralsio/tio2nws陶瓷可以吸收99.99%的電磁波，rlmin可以達(dá)到-35?db，且eab達(dá)到了4.1ghz（7.8?ghz-8.0?ghz和12.0?ghz-15.5?ghz），相對于yb2si2o7-tio2nws陶瓷的有效吸波帶寬(eab)提升了56%的頻率范圍。

42、2.本發(fā)明方法工藝流程極為簡便，易于操作實施，適合于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。

43、3.本發(fā)明的yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)相陶瓷的電磁波吸收性能具有可控性調(diào)節(jié)（即通過調(diào)節(jié)含量比例來控制陶瓷的結(jié)構(gòu)特性），整體優(yōu)勢得益于當(dāng)basralsio引入至yb2si2o7-tio2nws陶瓷后所形成的異質(zhì)結(jié)具有優(yōu)異的介電性能，yb2si2o7-basralsio/tio2nws復(fù)合陶瓷的異質(zhì)結(jié)在高溫、水氧等環(huán)境下的性能不隨時間的推移而下降且擁有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，具有突出的應(yīng)用前景。