GHz波段高導熱氮化鋁基微波衰減陶瓷的設計與結構最佳化

《GHz波段高導熱氮化鋁基微波衰減陶瓷的設計與結構最佳化》是依託北京理工大學，由金海波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：GHz波段高導熱氮化鋁基微波衰減陶瓷的設計與結構最佳化
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：金海波
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本課題提出一種新型結構的GHz波段高導熱氮化鋁基微波衰減陶瓷。基於材料結構的最佳化設計，在材料內部構建高效的導熱通路和微波損耗結構，實現氮化鋁基陶瓷的導熱功能與微波衰減功能的有機結合。系統開展氮化鋁基微波衰減陶瓷的製備工藝研究，合理調控材料的成分、相組成和微觀結構，並確定這些因素對材料的熱學性能、電磁性能及力學性能的影響規律；從各組元的本徵性質和結構特徵這兩個層面探索材料的阻抗匹配特性、電磁特性和導熱特性；揭示電磁波在材料中傳輸、界面散射、能量衰減等現象的物理本質，探索材料的導熱機理和電磁波回響機理，並建立相應的有效熱導率和等效電磁參數數值模型，為材料結構的進一步最佳化提供理論依據；發展材料-結構-電磁回響-導熱行為一體化設計和研究方法，揭示此類材料在導熱和能量損耗方面的共性基礎問題及其物理本質，為新型電磁波吸收材料設計與結構最佳化提供新的思路和技術途徑。

結題摘要

本課題主要針對新型GHz波段高導熱氮化鋁基微波衰減陶瓷開展相關研究工作，研究內容主要涉及衰減相碳化矽和二硫化鉬的模擬計算、製備和微波衰減性能研究，以及氮化鋁基微波衰減陶瓷的設計、成型、燒結、熱處理、表征與結構最佳化等關鍵問題進行了系統的研究，最終形成了高導熱氮化鋁基微波衰減陶瓷的系統製備理論與技術，為高導熱、強吸收電磁波吸收材料的發展提供了有力的科學理論支撐。 1.採用第一性原理計算系統研究了非磁性Al/N系列摻雜對SiC的結構穩定性、電子結構和電導性能的影響規律。在此基礎上，採用機械活化與燃燒合成相集成的技術，實現了Al、Al/N和N摻雜SiC高溫吸波材料的摻雜製備。研究了Al、Al/N和N摻雜SiC隨著溫度變化介電和吸波性能的回響行為，發現了電導以及由摻雜和空位缺陷引起的弛豫損耗對SiC介電和吸波性能的影響機制，確立了非磁性Al/N摻雜SiC的電磁回響機制。 2.採用第一性原理計算和實驗驗證相結合的方法，以Ni摻雜為代表，從理論上開展了過渡金屬摻雜對SiC結構穩定性及光電性能的影響研究工作，在此基礎上，製備了Fe、Co和Ni摻雜SiC粉末，探討了摻雜SiC的成分、形貌的變化趨勢，研究了摻雜SiC的高溫介電性能，揭示了過渡金屬摻雜對SiC高溫介電性能的影響機制。 3.採用鋰離子剝離方法製備了二維MoS2材料。探索了二維MoS2和商業塊體MoS2的成分、形貌、結晶和放熱峰等方面的差異性，研究了二維MoS2的介電和吸波性能。發現二維MoS2薄片尺寸減小，結晶性提高，存在兩相且在一定條件下可以相互轉變的特性。二維MoS2的介電和吸波性能明顯優於商業塊體材料。 4.採用熱壓燒結和等離子燒結製備了添加W或Mo衰減相的AlN基微波衰減材料，研究了不同衰減相對AlN基微波衰減材料性能的影響，發現等離子燒結方式製備的AlN基微波衰減材料性能優於熱壓燒結。在AlN基體中均勻分布的衰減相有利於提高AlN基複合材料的介電常數和介電損耗。 5.本研究以WC和SiC為衰減相，利用SPS燒結技術製備了AlN/WC、AlN/SiC材料，研究了不同碳化物添加量對AlN/carbide複合材料的成分、形貌、緻密度、導熱率和介電性能的影響。通過控制WC和SiC的摻雜量，可起到調控AlN介電性能的作用。