第23卷第3期2008年5月无机材料学报JournalofInorganicMaterialsV01.23,No.3May,2008文章编号:1000—324X(2008)03—0481—05短切中空多孔碳纤维复合材料的吸波性能谢炜,程海峰,楚增勇,陈朝辉(国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室,长沙410073)摘要: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,最低反射率为一21.36dB,其中<一5dB的反射率带宽为5.17GHz,<一10dB的反射率带宽为2.88GHz.关键词:中空多孔碳纤维;电磁参数;反射率;吸波性能中图分类号。TB34文献标识码:AMicrowaveAbsorbingPropertiesofShortHollowCarbonFiberCompositesXIEWei,CHENGHai—Feng,CHUZeng-Yong,CHENZhao-Hui(KeyLabofAdvancedCeramicFibers&Composites,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Inordertogetlightweightradarwaveabsorbers,hollowcarbonfiberswerepreparedfrompolyacrylonitrile(PAN)hollowfibersbythermo-oxidativestabilizationinairandcarbonizationinni-trogen.ThemicrostructureandmicrowaveabsorbingpropertiesoftheresultantPAN—basedhollowcarbonfibers(PAN—HCFs)werestudiedbySEM,XRDandvoternetworkanalyzer.ThereflectivityWassimulatedbyusingRAMCADsoftware.ResultsshowthattheelectromagneticparametersoftheabsorbingmaterialsincreasewithincreaseofthePAN—HCFsvolumefraction.Thereflectioncoefficientapexmovestolowerfrequencieswiththethicknessofabsorbingmaterialincreasing.WithincreaseofvolumefractionofthePAN-HCFs,thereflectioncoefficientsincreasegreatlyandtheoptimalthicknessdecreasesatthesametime.Itisfoundthatthe2mmthickcompositescontaining33.30%PAN—HCFshasanabsorbingbandwidthof5.17GHzbelow一5dBand2.88GHzbelow一10dBinthefrequencyrangeof2—18GHz.Thelowestreflectionis一21.36dBat10GHz.ThePAN—HCFsareprovedtobealightcon-ductiveradarabsorbingmaterialsinviewofitshollowstructuresandmicrowaveabsorptionproperties.Keywords:hollowcarbonfibers;electromagneticparameters;reflectivity;microwaveabsorbingproperty1引言随着隐身技术的发展,雷达吸波材料作为隐身技术的一个重要分支,正朝着轻量化的方向发展.为了制备轻质雷达吸波材料,首先要制备出轻质的雷达波吸收剂.纵观现有的各种电,磁损耗型雷达吸收剂,电损耗型吸收剂可成为轻质雷达吸收剂的首选对象【1,2f.人们研究的重点是电损耗型吸收剂的碳质材料.新型的碳材料如纳米碳黑、碳纳米管等被广泛的研究[3-8】.就吸收剂的形状来看,纤维类吸收剂具有各向异性和良好的机械性能,是一类收稿日期t2007-05-24,收到修改稿日期,2007-10-15基金项目:国家自然科学基金(50403010)作者简介:谢炜(1980-),男,博士研究生.E-mail:xwxw00@163.com万方数据482无机材料学报23卷很有发展前景的吸收剂[9-13】.中空多孔碳纤维是碳质材料中一类新型的材料,具有内部中空,外壁多孔的特点[14-is】.它结合了轻质和各向异性的优点,可作为轻质雷达吸收剂的优选对象.本工作以中空多孔的PAN原丝为原料,通过预氧化、碳化工艺制备了中空多孔的碳纤维,并研究了其吸波性能。2实验2.1中空多孔碳纤维的制备采用干湿纺法[171制备PAN中空多孔纤维,然后将PAN基中空多孔纤维在空气中250oC预氧化1h,并在氮气气氛中9000C碳化1h,从而制得中空多孔碳纤维[19--21】,其制备工艺流程图如图1所示.2.2结构分析用JSM一6700F型扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)研究中...