CN112010307B - 一种Cr2AlC材料的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于雷达隐身技术领域，具体为一种Cr2AlC材料的使用方法。本发明把在航天结构、高温防护、抗氧化涂层等表面防护***中的Cr2AlC材料，将其作为耐高温的雷达吸波材料，应用于武器装备、飞行器尾喷管等耐高温吸波部件。以克服现有的高温雷达吸波材料在高温下有效带宽窄、抗氧化性能差、吸波性能差等问题。本发明成本低廉，吸波性能优异，Cr2AlC具有高氧化温度800℃，在X波段(8‑12.4GHz)的有效带宽(低于‑10dB)达到2.2GHz，在2mm厚度下11.08GHz处最小反射损耗能达到‑25.09dB，具有良好的抗氧化性能及吸波性能，符合高温雷达隐身材料的要求。

Description

一种Cr2AlC材料的使用方法
技术领域
本发明属于雷达隐身技术领域，涉及耐高温雷达吸波材料，具体为一种Cr2AlC材料的使用方法。
背景技术
微波吸收材料是解决电磁屏蔽问题的重要手段。适用于高温环境(超过300℃)的微波吸收材料的需求缺口很大，可以在极端环境中替代民用，商用和军用航天飞机。因此，具有宽吸收带宽和强吸收能力的高温微波吸收材料引起了科研人员的广泛关注。大多数磁性金属，例如Fe，Co，Ni及其合金或以其为基础的微波吸收材料，即使在常温下也具有活性和可氧化性。另外，由于居里温度的限制，它们在高温下失去磁性，从而失去吸波性能。因此，介电损耗型吸收体经常用于高温领域。
当前具有良好的吸波性能的材料，诸如碳基材料(如炭黑(CB)，碳纳米管(CNT)等)， SiC和MAX化合物等介电材料已被广泛使用。碳基材料是极好的微波吸收材料，但在高于 300℃时它们可被氧化，不具有耐高温的性能。
此外，MAX化合物是金属和陶瓷的独特组合，具有良好的金属导电性和导热性以及陶瓷的高耐热性。Ti3SiC2是MAX化合物的典型代表。西北工业大学对Ti3SiC2的吸收性能进行了一系列研究，发现Ti3SiC2在室温下具有出色的吸收性能，其有效带宽(小于-10dB)几乎覆盖了整个X波段。但是，当温度升至500℃时，其吸收性能显着降低，而当温度高于600℃时，有效带宽为0。研究结果表明：Ti3SiC2从400℃缓慢氧化，其吸收性能随着温度的升高显着降低。可见，当目标机体的耐高温需求更高时，现有的耐高温微波吸收材料不能满足需求，业内急需具有更佳优异高温抗氧化性和良好吸波性能的材料。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有高温雷达隐身材料存在的抗氧化、吸波有效带宽窄、不能稳定工作的问题，本发明提供了一种Cr2AlC材料的使用方法，将三维层状结构MAX 相的Cr2AlC应用在高温吸波领域。该材料制备方法简便，不需要复杂设备，且所制得的粉体杂质少，结晶度高。
一种Cr2AlC材料的使用方法：将Cr2AlC材料作为耐高温雷达吸波材料应用于武器装备、飞行器尾喷管的耐高温吸波部件。
进一步的，所述Cr2AlC材料采用盐浴法或热压法制备。
进一步的，所述Cr2AlC材料采用盐浴法制备并应用，具体包括以下步骤：
步骤1、将所需原料Cr粉、Al粉、Cr3C2粉按0.5:1.2:0.5的比例混合；
步骤2、将BaCl2、KCl、NaCl按5:3:2的比例混合，并加入占其混合后重量百分比1％的还原性C粉，然后加热至熔融状态；
步骤3、将步骤1所得混合原料加到步骤2所备熔融的盐浴中，保温至少2h；
步骤4、将步骤3保温烧制得到的粉体清洗、过滤、烘干，即可得到所需的Cr2AlC材料；
步骤5、将步骤4制备的Cr2AlC材料采用等离子喷涂的方式涂覆在目标物体的相应部件。
当前关于Cr2AlC的研究集中于材料加工，机械性能和氧化动力学，其制备方法主要是热压法。然而，Cr2AlC(众所周知的高温应用侯选物)的吸收性能鲜为人知。本发明把在航天结构、高温防护、抗氧化涂层等表面防护***中的Cr2AlC材料，将其作为耐高温的雷达吸波材料，应用于武器装备、飞行器尾喷管等耐高温吸波部件。以克服现有的高温雷达吸波材料在高温下有效带宽窄、抗氧化性能差、吸波性能差等问题。本发明成本低廉，吸波性能优异， Cr2AlC的氧化温度在800℃，高于Ti3SiC2的400℃氧化温度，在X波段(8-12.4GHz)的有效带宽(低于-10dB)达到2.2GHz，在2mm厚度下11.08GHz处最小反射损耗能达到-25.09dB。
综上所述，本发明简易实施，成本低，Cr2AlC应用于高温雷达隐身材料，具有良好的抗氧化性能及吸波性能，符合高温雷达隐身材料的要求。
附图说明
图1为实施例材料的扫描电子显微镜图像；
图2为实施例材料的XRD衍射图谱；
图3为实施例材料的Raman图谱；
图4实施例材料在升温速率为10℃/min下的TG测量曲线；
图5为为实施例材料在Cr2AlC含量为70％时的Cr2AlC/石蜡混合物的反射损耗。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例：耐高温三维层状结构Cr2AlC材料的制备。
步骤1、将0.1molCr粉、0.24molAl粉、0.1molCr3C2粉混合好备用；
步骤2、将500gBaCl2、300gKCl、200gNaCl研磨并混合均匀，向其中加入10g还原性C粉。将混合好的粉末倒入石墨坩埚铺平，放在井式炉中加热至970℃并保持熔融态；
步骤3、将混合好的原料粉末加入烧成熔融态的盐浴中，保持2h；
步骤4、烧结好的粉末呈分层块状，上层为C、中间层为混合盐料、下层为所需Cr2AlC 粉末。将所需粉末取出放在烧杯中，依次经过超声清洗20min，去离子水冲洗5次，抽滤5 次，离心5次，直至上层液体变清澈；
步骤5、将清洗干净的粉体在120℃下干燥12h，便得到所需Cr2AlC粉体；
实施例材料的物相及形貌分析如图1-3所示，该材料具有较高的纯度和结晶度，制备工艺简单，操作简易，成本低廉。
实施例材料的TG测试如图4所示，该材料具有较高的抗氧化温度，且在800℃以下保持稳定。
为了验证Cr2AlC对电磁波的衰减，将制备的Cr2AlC均匀地分散在石蜡中，具有优异的透射率。
Cr2AlC/石蜡同轴环的制备及测试具体如下：
步骤1、分别称量1.8g、2.1g、2.4gCr2AlC和1.2g、0.9g、0.6g石蜡；
步骤2、将1.2g、0.9g、0.6g石蜡加热至融化，并向其中分别加入1.8g、2.1g、2.4gCr2AlC 粉末，用药匙将其混合均匀至细小颗粒状，共制得Cr2AlC含量为60％、70％、80％的Cr2AlC/ 石蜡混合物；
步骤3、将所制得的Cr2AlC/石蜡混合物在10MPa的压力下维持30s压成同轴环；
步骤4、用矢量网络分析仪(Agilent N5230A)确定不同比例同轴环在8-12.4GHz频率范围内的电磁参数；
用
Figure BDA0002642652360000031
公式计算反射损耗，其中
Figure BDA0002642652360000032
在8-12.4GHz(X波段)的频率范围内评估微波吸收特性，制备的材料在Cr2AlC含量为 70％时的Cr2AlC/石蜡混合物的反射损耗如图5所示，在厚度为2.0mm时的有效带宽可达到 2.2GHz，且在11.08GHz下具有最低为-25.09dB的反射损耗。
综上可见，本发明所提出的材料具有良好的抗氧化性能及优异的吸波性能，能够较好的应用在高温雷达吸波领域，切实有效，在高温吸波领域具有良好的应用前景。

Claims (3)

1.一种Cr2AlC材料的使用方法，其特征在于：将Cr2AlC材料作为耐高温雷达吸波材料应用于武器装备、飞行器尾喷管的耐高温吸波部件。
2.如权利要求1所述Cr2AlC材料的使用方法，其特征在于：所述Cr2AlC材料采用盐浴法或热压法制备。
3.如权利要求2所述Cr2AlC材料的使用方法，其特征在于，所述Cr2AlC材料采用盐浴法制备，具体包括以下步骤：
步骤1、将所需原料Cr粉、Al粉、Cr3C2粉按0.5:1.2:0.5的比例混合；
步骤2、将BaCl2、KCl、NaCl按5:3:2的比例混合，并加入占其混合后重量百分比1％的还原性C粉，然后加热至熔融状态；
步骤3、将步骤1所得混合原料加到步骤2所备熔融的盐浴中，保温至少2h；
步骤4、将步骤3保温烧制得到的粉体清洗、过滤、烘干，即可得到所需的Cr2AlC材料；
步骤5、将步骤4制备的Cr2AlC材料采用等离子喷涂的方式涂覆在目标物体的相应部件。
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