颗粒对SiCw/SiC层状陶瓷电磁屏蔽性能的影响

解玉鹏

(吉林化工学院,吉林 吉林 132022)

颗粒对SiCw/SiC层状陶瓷电磁屏蔽性能的影响

解玉鹏

(吉林化工学院,吉林 吉林 132022)

层状陶瓷材料的电磁屏蔽效能对结构功能一体化层状陶瓷材料的设计具有重要影响。采用流延法与化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)工艺相结合制备SiCw/SiC层状陶瓷，研究碳化硅颗粒(SiC particle,SiCp)、氮化硅颗粒(Si3N4particle,Si3N4p)对SiCw/SiC层状陶瓷电磁屏蔽性能的影响。结果表明：SiCw/SiC层状陶瓷具有较高的电磁屏蔽性能，颗粒的加入有助于提高层状陶瓷的电磁屏蔽性能。颗粒粒径越小，材料的电磁屏蔽性能越好；并且SiCp的电磁屏蔽作用强于Si3N4p。

SiC晶须；层状陶瓷；Si3N4颗粒；电磁屏蔽性能

现代科学技术与高技术产业的迅速发展对材料性能的要求也越来越高，除了要求高的力学性能外，还要求材料具有某些特殊性能和良好的综合性能[1-4]。单一陶瓷材料难以满足这些性能要求，陶瓷基复合材料便是以满足这种需求而发展起来的高性能材料之一[5-7]。

在陶瓷基复合材料中，碳纤维增强陶瓷基复合材料表现出较为优异的力学性能及其他性能[8-9]。但由于其应力-应变曲线通常具有很低的线弹性段，比例极限应力很低，其优良的韧性主要来源于纤维/基体弱界面导致的非线性力学行为。因而碳纤维增强陶瓷基复合材料容易产生高的不可恢复的残余变形，且应力许用值低，不利于工程应用。相比较而言，层状陶瓷材料能够具有较高的比例极限应力，而且在不牺牲强度的条件下，提高材料的韧性，是一种很有潜力的陶瓷材料[10-12]。

本文研究SiC颗粒(SiCp)增强的SiCw/SiC层状陶瓷的电磁屏蔽性能随SiCp粒径的变化规律，以及Si3N4颗粒(Si3N4p) 增强的SiCw/SiC层状陶瓷的电磁屏蔽性能，为结构功能一体化层状陶瓷材料的制备提供依据。

1 实验过程

1.1 原料

SiC晶须(SiCw)由阿法埃莎(中国)化学有限公司提供，名义直径为1.5 μm，名义长度为18 μm，纯度为99%。

SiC颗粒(SiCp)由北京华威锐科化工有限公司提供，粒径包括0.5 μm、1.5 μm、10 μm、40 μm四种，纯度为99%。

Si3N4颗粒(Si3N4p)由上海水田材料科技有限公司提供，粒径包括0.3 μm和1.2 μm两种，纯度为99.9%。

1.2 工艺过程

采用流延法结合化学气相渗透(CVI)的方法制备层状结构陶瓷。首先制备单层的陶瓷基片，采用流延法将增强体和各类化学试剂混合后制成薄膜；再采用化学气相渗透法，在增强体薄膜上制备SiC基体。重复以上方法在陶瓷基片上制备多层材料，最终制备出层状结构陶瓷材料。经切割、打磨后，对材料的进行电磁屏蔽性能的测试、分析。

2 结果与讨论

2.1 SiC颗粒粒径对层状陶瓷电导率的影响

图1为电导率随层状陶瓷所含颗粒粒径的变化而变化的趋势，从图中可以看出，SiCw/SiC层状陶瓷的电导率最低，含SiC颗粒的层状陶瓷的电导率明显高于SiCw/SiC层状陶瓷，且随着颗粒粒径的增大，层状陶瓷的电导率基本保持不变，只是略有下降。较高的电导率将影响层状陶瓷的电磁屏蔽效能。

图1 不同颗粒粒径的层状陶瓷的电导率

2.2 SiC颗粒粒径对层状陶瓷电磁屏蔽效能的影响

图2为SiC颗粒粒径不同的层状陶瓷的电磁屏蔽效能随频率的变化曲线。从图中可以看出，SiCw/SiC层状陶瓷的SEA、SER和SET分别为19.12 dB 、4.28 dB 和23.40 dB，其具有较好的电磁屏蔽性能，且电磁屏蔽效能主要为吸收屏蔽效能。说明当电磁波遇到层状陶瓷后，大部分电磁波均被吸收。

(a) 吸收屏蔽效能

(b) 反射屏蔽效能

(c) 总屏蔽效能图2 SiC颗粒粒径不同的层状陶瓷的电磁屏蔽效能

同时，如图所示，不同粒径SiC颗粒的引入对吸收屏蔽效能(SEA)、反射屏蔽效能(SER)和总屏蔽效能(SET)均有提高作用。含1.5 μm、10 μm和40 μm SiC颗粒的层状陶瓷的SEA分别为28.31 dB、24.68 dB和22.67 dB，分别比SiCw/SiC层状陶瓷的SEA高9.19 dB、5.56 dB和3.55 dB(图2(a))；SER分别为6.07 dB、5.57 dB和5.37 dB，分别比SiCw/SiC层状陶瓷的SER高1.79 dB、1.29 dB和1.09 dB(图2(b))；SET分别为34.39 dB、30.25 dB和28.04 dB，分别比SiCw/SiC层状陶瓷的SET高10.99 dB、6.85 dB和4.64 dB(图2(c))。由图可以看出，颗粒的粒径越小，层状陶瓷的SEA、SER和SET越高，电磁屏蔽性能越好。

2.3 Si3N4颗粒对层状陶瓷电磁屏蔽效能的影响

图3为 Si3N4颗粒对层状陶瓷电磁屏蔽效能的影响。如图3所示，Si3N4颗粒的引入对吸收屏蔽效能(SEA)、反射屏蔽效能(SER)和总屏蔽效能(SET)均有提高作用。

(a) 吸收屏蔽效能

(b) 反射屏蔽效能

(c) 总屏蔽效能图3 Si3N4颗粒对层状陶瓷电磁屏蔽效能的影响

含Si3N4颗粒的层状陶瓷的SEA、SER和SET分别为21.89 dB、5.13 dB和27.03 dB，分别比SiCw/SiC层状陶瓷的SEA(19.12 dB)、SER(4.28 dB)和SET(23.40 dB)高2.77 dB、0.85 dB和3.63 dB。可以看出，虽然Si3N4颗粒对SiCw/SiC层状陶瓷的电磁屏蔽效能有提高作用，但是与SiC颗粒对电磁屏蔽效能的提高相比，其作用较小。

3 结 论

(1) 层状陶瓷具有较好的电磁屏蔽性能，且其电磁屏蔽效能主要由吸收屏蔽效能提供。

(2) SiC颗粒的引入对提升材料电磁屏蔽性能有显著作用。当SiC颗粒粒径为1.5 μm时，材料的电磁屏效能最高，其SEA、SER和SET分别为28.31 dB、6.07 dB和34.39 dB，比SiCw/SiC层状陶瓷的分别高9.19 dB、1.79 dB和10.99 dB。

(3) Si3N4颗粒的引入也有利于提升材料电磁屏蔽性能。含Si3N4颗粒的层状陶瓷的SEA、SER和SET分别为21.89 dB、5.13 dB和27.03 dB，分别比SiCw/SiC层状陶瓷高2.77 dB、0.85dB和3.63 dB。

(4) SiC和Si3N4颗粒均能有效提高层状陶瓷的电磁屏蔽性能，其中SiC颗粒对SiCw/SiC层状陶瓷的电磁屏蔽效能的提高幅度显著。

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Effect of Particles on Electromagnetic Shielding Properties of Laminated Ceramics

XIE Yu-peng

(Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin Jilin 132022)

Electromagnetic shielding properties of laminated ceramics had an important influence to the design of structure and function integration laminated ceramics.Laminated SiCw/SiC ceramics were fabricated by tape casting and chemical vapor infiltrations (CVI),effect of SiC particle and Si3N4particle on electromagnetic shielding properties of the ceramics were investigated.The results showed that laminated SiCw/SiC ceramics had high electromagnetic shielding properties,in which the electromagnetic shielding properties were increased by introduction of particles.The smaller the particle size,the better the electromagnetic shielding properties of the ceramics.Therefore,the electromagnetic shielding properties of SiCpwere higher than that of Si3N4p.

SiC whisker；laminated ceramics；Si3N4particle；electromagnetic shield in properties

2016-08-30

吉林省教育厅科学研究资助项目(2015437)；吉林化工学院校级项目(2015053)；吉林化工学院校级博士启动项目(2015129)；吉林化工学院重大科技项目(2015011)

1007-2934(2016)06-0001-03

TG 174.44

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.001