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泡沫玻璃基吸波体设计及吸波性能研究

吕东升  
【摘要】: 本文以石墨发泡泡沫玻璃的微波吸收性能为研究方向,主要研究了添加锌粉、二氧化锰烧成的泡沫玻璃/ZnO的吸波性能,目的是为制备吸波性能好的泡沫玻璃基吸波材料提供实验数据和理论依据。 以玻璃原料(SiO_2、H_3BO_3、ROH和Al_2O_3)、石墨为主要原料,添加锌粉和MnO_2烧成系列泡沫玻璃试样,通过测试玻璃原料圆柱坯体在不同温度下烧成前后的直径变化率(r),分析了泡沫玻璃的发泡温度所对应的r值,并通过XRD分析试样组成,SEM观察泡孔结构和ZnO形态,波导法测试X波段(8.2-12.4GHz)的电磁常数并计算反射率。 随着混合料中石墨含量的增加,试样泡孔分布变的不均匀,孔径变小,适当的延长球磨时间能使泡孔分布更加均匀;石墨含量影响熔融温度,当添加量超过3.85wt%时,导致750℃下烧成的泡沫玻璃没有发泡;未添加锌粉烧成泡沫玻璃的最小反射率为0.3dB左右。 随着锌粉添加量的增加,试样泡孔孔径和气孔率减小。在泡沫玻璃泡壁上生成ZnO晶须和纳米晶,其形态由孔中ZnO(g)的过饱和度决定,本文绘制了ZnO(g)过饱和度与石墨、锌粉含量的关系图。当石墨含量为0.49wt%,锌粉含量在5.26-21.74wt%之间变化时,随着锌粉含量的增加,试样中颗粒状ZnO纳米晶的数量增多,晶须的长度变短但是直径有所变大。当锌粉含量为5.66wt%,石墨含量在0.49-3.97wt%之间变化时,ZnO(g)过饱和度随着石墨含量的增加而减小,晶须长度随着石墨含量的增加而变短。泡沫玻璃/ZnO的吸波性能随着石墨、锌粉含量的增加而变好,石墨、锌粉添加量分别为1.96wt%、14.3wt%时最小反射率达到-16dB,有效带宽为1.1GHz。 在添加10wt%锌粉的同时加入MnO2,随着MnO_2含量增加,试样气孔率、孔径都有所增大,ZnO棒直径增大,吸波性能提高,添加量为5.66wt%时,材料的最小反射率为-12dB,最大反射率为-7dB,有效带宽为1.7GHz(8.9-10.6GHz),而且全X波段仅有0.4GHz频段内的反射率大于?9dB,具有发展前景。


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