(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710951568.5
(22)申请日 2017.10.13
(71)申请人 四川航天机电工程研究所
地址 610100 四川省成都市龙泉驿区龙泉
镇航天北路工业区
申请人 陕西科技大学
(72)发明人 王伟 孔硌 蔡玺
(74)专利代理机构 成都华风专利事务所(普通
合伙) 51223
代理人 杜朗宇 苟铭
(51)Int.Cl.
C04B 41/87(2006.01)
(54)发明名称一种吸波陶瓷及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种吸波陶瓷的制备方法，包括以下内容：(1)取乙酸锌、铝化合物、醇胺类化合物与良性溶剂的混合液，乙酸锌在混合液中的摩尔浓度为0.1～1mol/L，乙酸锌与醇胺类化合物摩尔比为1:1，Al和Zn的摩尔比为0-0.02:1，搅拌后静置，得到前驱体；(2)将多孔氧化铝陶瓷在所述前驱体中浸渍处理，制得预制体，经热处理后得到浸渍陶瓷；(3)将所述浸渍陶瓷在前驱体中浸渍处理，然后再热处理；此步骤重复操作，得到氧化锌含量为7.0-11.5wt％的浸渍陶瓷；(4)升温，在保护气氛下热处理，即得吸波陶瓷材料。采用湿化学法合成ZnO，能够大幅度降低 产物ZnO的颗粒大小、析晶温度，得到的ZnO/Al 2O 3复相陶瓷中的ZnO分布均匀，
有利于提高材料的吸波性能。权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 107602156 A 2018.01.19
C N 107602156
A
1.一种吸波陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下内容：
(1)取乙酸锌、铝化合物、醇胺类化合物与良性溶剂的混合液，乙酸锌在混合液中的摩尔浓度为0.1～1mol/L，乙酸锌与醇胺类化合物摩尔比为1:1，Al和Zn的摩尔比为0-0.02:1，搅拌后静置，得到前驱体；
(2)将多孔氧化铝陶瓷在所述前驱体中浸渍处理，制得预制体，经热处理后得到浸渍陶瓷；
(3)将所述浸渍陶瓷在前驱体中浸渍处理，然后再热处理；此步骤重复操作，得到氧化锌含量为7.0-11.5wt％的浸渍陶瓷；
(4)升温，在保护气氛下热处理，即得吸波陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述吸波陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述前驱体的制备方法为：将混
合液搅拌均匀后静置24-48h，得到前驱体。
3.根据权利要求1所述吸波陶瓷的制备方法，其特征在于：所述铝化合物选自硝酸铝或三氯化铝。
4.根据权利要求1所述吸波陶瓷的制备方法，其特征在于：所述醇胺类化合物选自乙醇胺或二乙醇胺。
5.根据权利要求1所述吸波陶瓷的制备方法，其特征在于：所述良性溶剂选自乙二醇、异丙醇或乙二醇甲醚。
6.根据权利要求1所述吸波陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中热处理温度为300-500℃，热处理时长为0.5-2h。
7.根据权利要求1所述吸波陶瓷的制备方法，其特征在于：所述多孔氧化铝陶瓷孔隙率为28-35％。
8.根据权利要求6所述吸波陶瓷的制备方法，其特征在于：所述多孔氧化铝陶瓷孔隙率为30％。
9.根据权利要求1所述吸波陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(4)中热处理温度为600-800℃，热处理时长为2-4h。
10.根据权利要求1-9任一所述吸波陶瓷的制备方法制得的吸波陶瓷，其特征在于：所述吸波陶瓷中氧化锌含量为7.0-11.5wt％。
权 利 要 求 书1/1页CN 107602156 A
一种吸波陶瓷及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种吸波陶瓷及其制备方法。
背景技术
[0002]吸波材料是指能够吸收衰减入射的电磁波能量，将其电磁能转换成热能或其他形式能量耗散掉，从而减少电磁波反射或者透射的一类材料。吸波材料可分为磁损耗型和介电损耗型两类。大部分磁性材料受居里温度的限制，只能在较低温度下提供稳定的吸波性能。当环境温度升高到一定程度，磁损耗功能消失。因此，介电损耗型吸波材料成为高温吸波材料的必然选择。
[0003]通常情况下，设备或装置内的电子元器件需要在室温或相对不太高的环境温度下才能保持稳定的工作状态。这就要求所采用的吸波材料不仅需要具有良好的吸波性能，并且能够耐受较高的环境温度，此外还需要具有低的热导率。
发明内容
[0004]本发明针对现有技术不足之处，提供一种吸波陶瓷及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
[0006]一种吸波陶瓷的制备方法，包括以下内容：
[0007](1)取乙酸锌、铝化合物、醇胺类化合物与良性溶剂的混合液，乙酸锌在混合液中的摩尔浓度为0.1～1mol/L，乙酸锌与醇胺类化合物摩尔比为1:1，Al和Zn的摩尔比为0-0.02:1，搅拌后静置，得到前驱体；
[0008](2)将多孔氧化铝陶瓷在所述前驱体中浸渍处理，制得预制体，经热处理后得到浸渍陶瓷；
[0009](3)将所述浸渍陶瓷在前驱体中浸渍处理，然后再热处理；此步骤重复操作，得到氧化锌含量为7.0-11.5wt％的浸渍陶瓷；
[0010](4)升温，在保护气氛下热处理，即得吸波陶瓷材料。
[0011]以上方案，对于Al和Zn的摩尔比为0的时候，应该理解为混合液中不含有铝化合物。
[0012]进一步的，步骤(1)中，所述前驱体的制备方法为：将混合液搅拌均匀后静置24-48h，得到前驱体。
[0013]进一步的，所述铝化合物选自硝酸铝或三氯化铝。
[0014]进一步的，所述醇胺类化合物选自乙醇胺或二乙醇胺。
[0015]进一步的，所述良性溶剂选自乙二醇、异丙醇或乙二醇甲醚。
[0016]申请人意外的发现较低孔隙率多孔氧化铝陶瓷负载氧化锌在8.2-12.4GHz范围内具有很好的吸波性能，且负载量少，解决了提高吸波性能需要增加负载量的问题。而增加负载量需要使多孔氧化铝陶瓷的孔隙率增大，提供更多的空间来析出氧化锌，从而增大吸波剂的含量，但研究发现吸波剂含量过大并不利于对电磁波的吸收，且随着孔隙率的增大还
会造成结构强度变低。优选的，所述多孔氧化铝陶瓷孔隙率为28-35％；更进一步地，选自30％。
[0017]进一步的，步骤(2)和步骤(3)中热处理温度为300-500℃，热处理时长为0.5-2h。[0018]进一步的，步骤(4)中热处理温度为600-800℃，热处理时长为2-4h。
[0019]进一步的，步骤(4)中保护气氛的流量为25-100ml/min。
[0020]进一步的，步骤(4)中升温速率为1-5℃/min。
[0021]本发明还提供了所述吸波陶瓷的制备方法制得的吸波陶瓷，所述吸波陶瓷中氧化锌含量为7.0-11.5wt％。
[0022]本发明有益效果：
[0023]一、采用湿化学法合成ZnO，能够大幅度降低产物ZnO的颗粒大小、析晶温度，得到的ZnO/Al2O3复相陶瓷中的ZnO分布均匀，有利于提高材料的吸波性能。
[0024]二、掺杂的铝元素以盐溶液的形态与氧化锌先驱体在液相中充分混合均匀，使其可以在原子尺度上实现均匀分布，从而保证产物成分的均匀性。掺杂的微量Al元素进入ZnO 晶格形成杂质原子，可提高ZnO的载流子浓度，从而增大电导率，增强介电损耗，有利于吸收电磁波。
[0025]三、本发明各阶段热处理温度低，保证基体与吸波剂之间的稳定性和化学相容性，有利于简化制备工艺，且还能降低能耗。
[0026]四、氧化锌和多孔氧化铝陶瓷结合制得的吸波陶瓷材料在300℃以上高温下结构仍然稳定，且与基体相容性好，在高温下吸波性能稳定。
附图说明
[0027]图1为实施例4所制备的吸波陶瓷断口形貌扫描电镜照片。
[0028]图2为实施例3、4所制备的吸波陶瓷在常温，8.2-12.4GHz范围内的复介电常数图。[0029]图3为实施例3、4所制备的吸波陶瓷在常温，8.2～12.4GHz范围内的反射系数图。[0030]图4为实施例3、4所制备的吸波陶瓷在300℃，8.2～12.4GHz范围内的复介电常数图。
[0031]图5为实施例3、4所制备的吸波陶瓷在300℃，8.2～12.4GHz范围内的反射系数图。[0032]图6为实施例5所制备的吸波陶瓷断口形貌扫描电镜照片。
具体实施方式
[0033]图1是实施例4制备得到ZnO/Al2O3复相多孔陶瓷断口形貌扫描电镜照片，从图中可以看到ZnO颗粒均匀分布在多孔氧化铝陶瓷内，ZnO颗粒粒径200nm左右。
[0034]图2是Al元素掺杂(实施例4)和未掺杂(实施例3)的ZnO/Al2O3复相多孔陶瓷在常温，8.2～12.4GHz范围内的复介电常数，测试方法为波导法，结果说明Al元素掺杂可显著提高复相陶瓷的介电常数实部和虚部，1％的Al元素掺杂ZnO/Al2O3复相陶瓷具有中等介电损耗特性，损耗正切值近似为0.35。
[0035]图3是Al元素掺杂(实施例4)和未掺杂(实施例3)的ZnO/Al2O3复相多孔陶瓷在常温，8.2～12.4GHz范围内的反射系数，结果显示Al元素掺杂ZnO/Al2O3复相多孔陶瓷具有优异的吸波性能，反射系数在9.4GHz达到最低值-25dB，意味着超过99％的电磁波能量被吸
收。
[0036]图6实施例5制备得到ZnO/Al2O3复相多孔陶瓷断口形貌扫描电镜照片，对应的Al 掺杂为2％，图1对应的实施例4中Al掺杂为1％。从两组样品的SEM照片对比可以发现：随着Al元素掺杂比例的增大，可显著减小ZnO颗粒的尺寸。进一步的，研究发现Al元素掺杂到ZnO 晶格中，由于Al和Zn原子半径的差别产生了晶格应力，从而抑制了ZnO晶粒的长大。因此随着Al元素掺杂比例增大，ZnO晶粒尺寸随之减小。
[0037]下面实施例对本发明作进一步详细的说明，其中以铝化合物选自硝酸铝、醇胺类化合物选自乙醇胺、良性溶剂选自乙二醇为例，但经过实验发现铝化合物选自三氯化铝、醇胺类化合物选自二乙醇胺、良性溶剂选自异丙醇或乙二醇甲醚均能实现本发明目的，在此处并没有具体的在实施例中列出，但并不能认为本发明不能采用这些物质。
[0038]实施例1
[0039](1)以乙二醇为溶剂，加入乙酸锌、乙醇胺，室温下搅拌均匀后经过静置24h，得到乙酸锌溶胶。乙酸锌在溶液中的摩尔浓度为0.1mol/L，乙酸锌与乙醇胺摩尔比为1:1。[0040](2)将多孔氧化铝陶瓷浸渍到步骤1的溶胶中真空浸渍或者压力浸渍0.5h。[0041](3)将步骤2中预制体在300℃热处理2h，得到一次浸渍的复相浸渍陶瓷。[0042](4)将步骤3中复相陶瓷浸渍到步骤1的溶胶中，按照步骤3进行热处理，以
此循环15次，得到ZnO含量为7.3wt％的复相陶瓷。
[0043](5)将步骤4中预制体在保护气氛下600℃热处理4h，保护气氛为氩气或者氮气，流量为25ml/min，升温速率为1℃/min，获得吸波型ZnO/Al2O3复相多孔陶瓷。
[0044]实施例2
[0045](1)以乙二醇为溶剂，加入乙酸锌、乙醇胺，室温下搅拌均匀后经过静置24h，得到乙酸锌溶胶。乙酸锌在溶液中的摩尔浓度为0.2mol/L，乙酸锌与乙醇胺摩尔比为1:1。[0046](2)将多孔氧化铝陶瓷浸渍到步骤1的溶胶中真空浸渍或者压力浸渍2h。[0047](3)将步骤2中预制体在350℃热处理2h，得到一次浸渍的复相浸渍陶瓷。[0048](4)将步骤3中复相陶瓷浸渍到步骤1的溶胶中，按照步骤3进行热处理，以此循环12次，得到ZnO含量为8.7wt％的复相陶瓷。
[0049](5)将步骤4中预制体在保护气氛下650℃热处理4h，保护气氛为氩气或者氮气，流量为50ml/min，升温速率为2℃/min，获得吸波型ZnO/Al2O3复相多孔陶瓷。
[0050]实施例3
[0051](1)以乙二醇为溶剂，加入乙酸锌、乙醇胺，室温下搅拌均匀后经过静置36h，得到乙酸锌溶胶。乙酸锌在溶液中的摩尔浓度为0.5mol/L，乙酸锌与乙醇胺摩尔比为1:1。[0052](2)将多孔氧化铝陶瓷浸渍
到步骤1的溶胶中真空浸渍或者压力浸渍2h。[0053](3)将步骤2中预制体在400℃热处理1.5h，得到一次浸渍的复相浸渍陶瓷。[0054](4)将步骤3中复相陶瓷浸渍到步骤1的溶胶中，按照步骤3进行热处理，以此循环10次，得到ZnO含量为11.2wt％的复相陶瓷。
[0055](5)将步骤4中预制体在保护气氛下700℃热处理3h，保护气氛为氩气或者氮气，流量为100ml/min，升温速率为3℃/min，获得吸波型ZnO/Al2O3复相多孔陶瓷。
[0056]实施例4
[0057](1)以乙二醇为溶剂，加入乙酸锌、硝酸铝、乙醇胺，室温下搅拌均匀后经过静置
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