碳纤维表面四氧化三铁涂层的制备、表征及其应用研究

摘要

碳纤维吸波复合材料具有高的强度和模量、良好的承载能力、优异的电学和反射损耗特性，是具有实用性的多功能材料。纤维磁性化改性是获得具有高性能碳纤维吸波复合材料的重要途径。本文通过阴极电沉积法成功地在碳纤维表面制备了磁性四氧化三铁涂层，不仅为碳纤维吸波复合材料带来额外的磁损耗机制，而且可以避免纤维之间形成导电网络，降低复合材料对电磁波的反射作用。
　　 本研究的实验结果表明，通过阴极电沉积法于碳纤维表面制备了均匀致密的四氧化三铁薄膜。作为一种副产物，铁单质在薄膜中普遍存在。随着温度以及电流的变化，四氧化三铁晶粒的表面形貌呈现出多种形态。硝酸氧化处理增加了碳纤维表面的化学及物理不均性，影响了四氧化三铁薄膜的形成过程。由于电沉积温度、电流以及纤维表面前处理对磁性纤维的组成和形貌的影响，最终导致了不同的磁性纤维在磁性以及吸波性能方面的差异。
　　 利用所获得的磁性纤维，本研究设计了磁性纤维/铁氧体/甲基乙烯基硅橡胶吸波复合材料。与此同时，设计了具有介电损耗特性的石墨/碳化硅/甲基乙烯基硅橡胶吸波复合材料并与前者搭配形成双层吸波复合材料。反射率测试结果表明，磁性纤维对铁氧体/甲基乙烯基硅橡胶吸波复合材料的吸波性能具有明显的改善作用，对其力学性能也具有一定的增强作用。当石墨/碳化硅/甲基乙烯基硅橡胶复合材料作为表层时，通过改变表层填料含量可以对双层复合材料的吸波起到调频作用；当磁性纤维/铁氧体/甲基乙烯基硅橡胶复合材料作为表层时，由于表层材料与空气之间的阻抗匹配性能得到了明显改善，吸波性能较前者有明显的提高。
　　 在碳纤维表面制备的高电阻磁性涂层为碳纤维在吸波复合材料中的应用创造了有利条件。通过实用化研究证明了磁性纤维在改善铁氧体/甲基乙烯基硅橡胶复合材料的吸波性能以及力学性能方面的有效性。双层设计探索了不同损耗类型的吸波材料在吸收频带和阻抗匹配特性方面的调控规律。这些研究对吸波复合材料的设计和应用具有重要意义。