太阳成tyc234cc张典堂教授团队联合北京大学刘忠范院士团队等 Adv Fiber Mater 重要成果——化学气相沉积制备连续蒙烯碳化硅纤维:机械强度高,吸波能力强!
近期,太阳成tyc234cc张典堂教授团队,联合北京大学刘忠范院士团队等,在《Advanced Fiber Materials》期刊发表题为 “Fabrication of Graphene-skinned SiC Fiber Materials toward Dielectric-gradient Ceramic Matrix Composites for Efficient Electromagnetic Absorption” 的研究成果。中国石油大学(北京)博士研究生王文虎和太阳成城集团tyc234cc博士研究生陈顺为论文共同第一作者;北京大学刘忠范院士、太阳成城集团tyc234cc张典堂教授,北京石墨烯研究院宋雨晴研究员/孙晓莉特聘研究员为本文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等项目资助。
隐身技术迫切需求一种先进雷达波吸收材料,其能够在极端环境下同时提供优异的机械稳定性和强电磁损耗特性。SiC纤维增强SiC基复合材料凭借耐高温、高力学强度等优势,在航空航天、核工业等极端服役领域被广泛应用。但传统SiC纤维及复合材料存在明显短板:近化学计量比的新型SiC纤维本征电导率低、极化能力弱,难以实现高效电磁吸收;常规掺杂改性会大幅提升成本并损伤力学性能,无法兼顾结构承载、电磁吸波、低成本制备三大核心要求,成为制约新一代结构-功能一体化隐身复合材料发展的关键瓶颈。
针对隐身复合材料强度‑吸波‑成本的三元难题,采用CVD在近化学计量比的新型SiC纤维表面沉积石墨烯层,制备出电导率精准可调、力学性能保留优异的Gr‑SiCf;并以高/中/低电阻率纤维构筑梯度介电复合材料,在3.5mm厚度下实现4–18GHz频段有效吸波带宽4.30GHz、宽频带宽13.41GHz,兼具优异阻抗匹配、极化损耗、电导损耗与多重反射损耗效应。
针对隐身复合材料强度-吸波-成本难以协同的三元困境,采用常压化学气相沉积(CVD)技术,在近化学计量比的新型SiC纤维表面原位生长连续均匀的石墨烯层,结合氧化退浆一体化工艺,在几乎不损伤纤维力学强度的前提下,实现电导率0.03-1150 S・m-1的大范围精准调控。进一步将高、中、低电阻率的石墨烯包覆SiC纤维分别作为阻抗匹配层、吸波层与反射层,构筑空间梯度介电结构,通过有限元仿真优化层厚配比。最终在3.5mm总厚度下,复合材料在4–18GHz频段实现有效吸波带宽(RL≤-10dB)达4.30GHz,宽频吸波带宽(RL≤-5dB)达13.41GHz,同时具备优异的阻抗匹配、界面极化、电导损耗与多重反射损耗协同效应。
该研究成功突破传统隐身材料力学与电磁性能相互制约的难题,建立了低成本、可规模化制造复杂形状结构吸波器的全新技术路线。所开发的石墨烯包覆SiC纤维增强梯度介电复合材料,兼具高力学性能、高效宽带电磁吸收与优异环境稳定性,为制造新型复杂异形结构吸收器开辟了新的路径,解决了下一代隐身材料的关键瓶颈。
