GHz波段高导热氮化铝基微波衰减陶瓷的设计与结构优化

本课题提出一种新型结构的GHz波段高导热氮化铝基微波衰减陶瓷。基于材料结构的优化设计，在材料内部构建高效的导热通路和微波损耗结构，实现氮化铝基陶瓷的导热功能与微波衰减功能的有机结合。系统开展氮化铝基微波衰减陶瓷的制备工艺研究，合理调控材料的成分、相组成和微观结构，并确定这些因素对材料的热学性能、电磁性能及力学性能的影响规律；从各组元的本征性质和结构特征这两个层面探索材料的阻抗匹配特性、电磁特性和导热特性；揭示电磁波在材料中传输、界面散射、能量衰减等现象的物理本质，探索材料的导热机理和电磁波响应机理，并建立相应的有效热导率和等效电磁参数数值模型，为材料结构的进一步优化提供理论依据；发展"材料-结构-电磁响应-导热行为"一体化设计和研究方法，揭示此类材料在导热和能量损耗方面的共性基础问题及其物理本质，为新型电磁波吸收材料设计与结构优化提供新的思路和技术途径。

本课题主要针对新型GHz波段高导热氮化铝基微波衰减陶瓷开展相关研究工作，研究内容主要涉及衰减相碳化硅和二硫化钼的模拟计算、制备和微波衰减性能研究，以及氮化铝基微波衰减陶瓷的设计、成型、烧结、热处理、表征与结构优化等关键问题进行了系统的研究，最终形成了高导热氮化铝基微波衰减陶瓷的系统制备理论与技术，为高导热、强吸收电磁波吸收材料的发展提供了有力的科学理论支撑。.1.采用第一性原理计算系统研究了非磁性Al/N系列掺杂对SiC的结构稳定性、电子结构和电导性能的影响规律。在此基础上，采用机械活化与燃烧合成相集成的技术，实现了Al、Al/N和N掺杂SiC高温吸波材料的掺杂制备。研究了Al、Al/N和N掺杂SiC随着温度变化介电和吸波性能的响应行为，发现了电导以及由掺杂和空位缺陷引起的弛豫损耗对SiC介电和吸波性能的影响机制，确立了非磁性Al/N掺杂SiC的电磁响应机制。.2.采用第一性原理计算和实验验证相结合的方法，以Ni掺杂为代表，从理论上开展了过渡金属掺杂对SiC结构稳定性及光电性能的影响研究工作，在此基础上，制备了Fe、Co和Ni掺杂SiC粉末，探讨了掺杂SiC的成分、形貌的变化趋势，研究了掺杂SiC的高温介电性能，揭示了过渡金属掺杂对SiC高温介电性能的影响机制。.3.采用锂离子剥离方法制备了二维MoS2材料。探索了二维MoS2和商业块体MoS2的成分、形貌、结晶和放热峰等方面的差异性，研究了二维MoS2的介电和吸波性能。发现二维MoS2薄片尺寸减小，结晶性提高，存在两相且在一定条件下可以相互转变的特性。二维MoS2的介电和吸波性能明显优于商业块体材料。.4.采用热压烧结和等离子烧结制备了添加W或Mo衰减相的AlN基微波衰减材料，研究了不同衰减相对AlN基微波衰减材料性能的影响，发现等离子烧结方式制备的AlN基微波衰减材料性能优于热压烧结。在AlN基体中均匀分布的衰减相有利于提高AlN基复合材料的介电常数和介电损耗。.5.本研究以WC和SiC为衰减相，利用SPS烧结技术制备了AlN/WC、AlN/SiC材料，研究了不同碳化物添加量对AlN/carbide复合材料的成分、形貌、致密度、导热率和介电性能的影响。通过控制WC和SiC的掺杂量，可起到调控AlN介电性能的作用。