包覆钡铁氧体的多孔陶粒集料及其在吸波混凝土中的应用

摘要

近年来，伴随着电子科技的迅猛发展与广泛应用，电子设备与仪器工作时产生的电磁辐射也愈发严重。电磁辐射所造成的污染对人体健康、精密电子设备运转构成威胁以及引发的电磁信息泄露对国家政治、经济和军事安全产生严重影响。因此，展开具有良好电磁波衰减损耗功能的水泥基复合吸波材料（吸波混凝土）的研究对国防、民用建筑具有重要作用。目前，已有的水泥基复合吸波材料存在频带窄、吸收能效低、质重和价高的问题，严重限制了其在工程中的应用。
　　针对现今水泥基复合吸波材料存在的不足，本文开展了基于球型谐振腔理论的壳-核结构吸波体和基于阻抗匹配原则的双层水泥复合材料设计与制备方法的研究，为高性能复合吸波材料的研究、设计、制备提供理论基础。
　　本文主要工作以及取得的成果有：
　　根据电磁波损耗机理与球型谐振腔理论，设计出表面负载钡铁氧体的功能陶粒即壳-核吸波体，以增强陶粒的电磁损耗能力。依据阻抗匹配理论设计包含匹配层与损耗层的双层水泥基复合材料。选用珍珠岩为骨料填充匹配层以改善复合材料表面与自由空间的阻抗匹配性，选用功能陶粒与复掺吸波剂的水泥浆体为损耗层以增强复合材料的电磁衰减能力。
　　本文应用溶胶-凝胶法制备得到钡铁氧体。试验结果表明，在不同的制备工艺条件中，pH=7，硝酸钡:硝酸铁:柠檬酸（摩尔比）=1:11:19，1000℃保温2h条件下得到高纯、片状钡铁氧体粉，其饱和磁化强度和矫顽力分别为46.7emu/g，3.83kOe。
　　在真空负压方式下采用溶胶-凝胶法得到表面包覆钡铁氧体薄膜的功能陶粒。测试结果显示，功能陶粒表面有 BaFe12O19负载，表面 Fe元素特征峰增强，Ba元素特征峰出现。
　　选用功能陶粒代替普通集料成型水泥基复合吸波试样，测试试样的各项性能。结果显示，集料类型、功能陶粒掺量、试样厚度与结构等对试样吸波性能都有影响。试验中功能陶粒的最佳掺量60％（vol），厚度为30mm的单层试样在8~18GHz频段内反射率值介于-7.7~-8.0dB之间，双层试样的反射率值介于-8.9~9.8dB之间。复合材料28d抗压强度达到29.3MPa。
　　掺60vol%功能陶粒水泥基吸波材料中分别复掺纳米 TiO2、纳米 Fe3O4和BaFe12O19共同制备复合吸波材料。测试结果显示，复掺适量的吸波剂后试样的吸波性能得到不同程度的增强，特别是含有匹配层的双层试样。厚度为30mm的双层试样中，掺4%纳米 TiO2试样在8~18GHz频段范围内反射率值均低于-10dB；掺4%纳米 Fe3O4试样在测试频段范围内反射率值均低于-10dB，最小反射率为-11.6dB；掺4%BaFe12O19试样在8~18GHz频段范围内反射率值介于-9.9~-11.4dB之间。掺4%纳米TiO2试块28d抗压强度为32.9MPa。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究的背景、意义

1.3 吸波材料的研究现状

1.4 吸波混凝土的研究现状

1.5 本文所展开的工作

第二章 吸波混凝土的设计原则与思路

2.1 电磁学理论及吸波原理

2.2 吸波混凝土的设计原则与思路

2.3 吸波混凝土的设计思路

2.4 本章小结

第三章 功能陶粒的制备与性能

3.1 试验原材料与设备

3.2 测试分析方法

3.3 钡铁氧体的制备与测试结果分析

3.4 功能陶粒的制备与测试结果分析

3.5本章小结

第四章 功能陶粒吸波混凝土的制备与性能

4.1试样制备与测试方法

4.2 测试结果与分析

4.3 本章小结

第五章 功能陶粒与吸波剂复合吸波混凝土的制备与性能

5.1吸波剂复合功能陶粒混凝土的制备

5.2吸波剂复合功能陶粒混凝土的吸波性能

5.3纳米TiO2对功能陶粒混凝土吸波性能的影响

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1研究结论

6.2研究展望

致谢

参考文献

硕士期间发表论文