【摘 要】
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以莫来石陶瓷为基体的陶瓷基复合材料具有质量轻、机械强度高、耐高温、抗氧化等优点,被认为是航空航天高温吸波材料重要的候选材料之一。碳纤维（Cf）具有低密度、高强度、耐高温、高导电性能;碳钛化铝（Ti3AlC2）具有高导电、高强度、耐腐蚀和高温稳定性。在莫来石（Mullite）基中引入Cf和颗粒Ti3AlC2颗粒不仅可以改善莫来石陶瓷力学性能,还能通过调节其介电常数以改善莫来石陶瓷的电磁波吸收性能。此
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以莫来石陶瓷为基体的陶瓷基复合材料具有质量轻、机械强度高、耐高温、抗氧化等优点,被认为是航空航天高温吸波材料重要的候选材料之一。碳纤维（Cf）具有低密度、高强度、耐高温、高导电性能;碳钛化铝（Ti3AlC2）具有高导电、高强度、耐腐蚀和高温稳定性。在莫来石（Mullite）基中引入Cf和颗粒Ti3AlC2颗粒不仅可以改善莫来石陶瓷力学性能,还能通过调节其介电常数以改善莫来石陶瓷的电磁波吸收性能。此外,莫来石陶瓷能在一定程度上保护Cf和颗粒Ti3AlC2。因此Cf-Mullite和Ti3AlC2-Mullite陶瓷基复合材料是极具有前景的吸波材料。本文通过模压成型和常压烧结方法制备了Cf-Mullite和Ti3AlC2-Mullite复合材料,从微观组织结构分析Cf、Ti3AlC2分别对Cf-Mullite、Ti3AlC2-Mullite复合材料力学性能的影响;采用Agilent N5230A矢量网络分析仪测试Cf-Mullite复合材料、Ti3AlC2-Mullite复合材料介电常数;根据传输线理论,通过计算反射损耗（RL）评估Cf-Mullite,Ti3AlC2-Mullite复合材料的电磁波吸收性能。（1）Cf引入莫来石基体中能提高莫来石陶瓷的维氏硬度和断裂韧性。Cf含量为1.2vol%的试样维氏硬度达到6.34GPa,断裂韧性达到3.27MPa·m1/2,增韧机理主要为裂纹桥联;抗弯强度随Cf引入而显著降低,这主要归因于Cf与Mullite基界面结合强度较弱以及Cf的引入造成不可避免的空隙所导致;电磁波吸收性能研究表明:当Cf含量为1.2vol%,厚度d=1.5mm时,其反射损耗为-2.05～-33.30d B,反射损耗优于-5d B的频宽达到3.675GHz,占整个X波段的87.5%,反射损耗优于-10d B的频宽达到2.205GHz,占整个X波段的52.5%,Cf-Mullite复合材料的吸波性能得到显著提升。（2）Ti3AlC2引入莫来石基体中能显著提高莫来石陶瓷力学性能。常压烧结温度为1550℃时,Ti3AlC2-Mullite复合材料维氏硬度、断裂韧性、抗弯强度随Ti3AlC2含量增加而显著提高,Ti3AlC2含量为15wt%时,复合材料的维氏硬度和断裂韧性分别为9.21GPa,4.84MPa·m1/2;抗弯强度从纯莫来石陶瓷的153.51MPa增加至Ti3AlC2含量为20wt%复合材料的222.35MPa。增韧机理有裂纹桥联、裂纹偏转、裂纹分支;电磁波吸收性能研究表明:当Ti3AlC2含量为20wt%,厚度d=1.5mm时,反射损耗最低为-16.31d B,优于-5d B反射损耗的吸收带宽为1.617GHz,占整个X波段38.5%,优于-10d B反射损耗的吸收带宽为0.756GHz,占整个X波段18%。（3）常压烧结温度为1350℃且Ti3AlC2含量为20wt%时,复合材料力学性能和吸波性能都较差,主要跟复合材料内部颗粒松散,结构疏松有关;常压烧结温度为1450℃且Ti3AlC2含量为20wt%时,复合材料维氏硬度、断裂韧性、抗弯强度分别为9.36GPa、5.28 MPa·m1/2、211.78MPa;电磁波吸收性能研究表明:当复合材料厚度d=1mm时,最低反射损耗为-21.86d B,反射损耗优于-5d B的吸收带宽为2.814GHz,占整个X波段67%。优于-10d B反射损耗的吸收带宽为0.945GHz,占整个X波段22.5%。
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