A5-王林-二氧化錳–水泥基復(fù)合材料的制備與性能.ppt

二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,指導(dǎo)老師：崔素萍教授 報告人：王 林 北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,一、研究背景,隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及國民生活水平的提高，各種現(xiàn) 代化的電子設(shè)備開始普及。 一方面，大大改善了人們的生活條件 另一方面，給人們的身體和生活帶來了嚴(yán)重的危害 民用方面：影響廣播電視、電子儀表的正常運轉(zhuǎn) 在軍事上：泄露機密信息，暴露指揮所,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,我國水泥材料資源豐富、適應(yīng)性強、耐久性好，是工 程建設(shè)中最主要的建筑材料。通過改善水泥的性能將其應(yīng)用在建筑物上進(jìn)行電磁波的防護(hù)，無疑是一種既高效又廉價的方式 吸波材料在民用方面研究的較少，國家“十一五”計劃提出的建筑室內(nèi)輻射污染控制與改善關(guān)鍵技術(shù)研究的議題，主要是解決民用方面防輻射的問題,發(fā)展現(xiàn)狀,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,結(jié)果要求 在25GHz頻段內(nèi)，中心吸收量達(dá)到-5-7dB 試驗內(nèi)容 以水泥砂漿作為基體，以二氧化錳作為填充料，制備二氧化錳-水泥基復(fù)合材料。本文探討了在28GHz頻率范圍內(nèi)把二氧化錳添加到水泥砂漿中制成水泥基復(fù)合材料的吸波性能，以及二氧化錳的用量、制備工藝及材料厚度對水泥基復(fù)合材料性能影響，并探討了二氧化錳對水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,二、實驗,2.1、原材料 北京琉璃河水泥廠42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積350 m2/kg 普通中砂(全部通過3.15mm篩) 北京高麗工貿(mào)有限公司制備的MnO2，粒度為600 nm。,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,2.2、配合比設(shè)計,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,2.3試樣制備過程,稱 料,干 混,加 水,攪 拌,注入試模,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,3 結(jié)果與分析,3.1 制備工藝對試樣反射率的影響,制備工藝對復(fù)合材料中二氧化錳的分散狀態(tài)有著直接的影響，而二氧化錳的分散狀態(tài)又決定了和材料的吸波性能。因而有必要對二氧化錳的添加方式對吸波性能的影響進(jìn)行研究 實驗選用二氧化錳先與水泥混合再與石英砂混合，以及先與石英砂混合再與水泥混合制備復(fù)合材料的兩種方式，進(jìn)而測試其吸波性能進(jìn)行對比,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,圖1 制備工藝對試樣反射率的影響,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,從圖1可看出：兩個試樣在38GHz頻率范圍內(nèi)的反射率差別不太大，而在小于3GHz頻率范圍內(nèi)，5#的反射率明顯低于二氧化錳先與石英砂進(jìn)行混合的試樣9#，并且在4.2GHz處復(fù)合材料還有一個不太顯著的吸收峰，這就表明二氧化錳的顯著吸波頻段是在較低的頻段下(5GHz). 二氧化錳的粒度較小 MnO2的比表面積較大 在電磁場輻射下原子、電子運動加劇,促使磁化,使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能,從而增加了對電磁波的吸收性能,現(xiàn)象：,原因分析：,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,3.2二氧化錳摻量對吸波性能的影響,圖2 MnO2的摻量對試樣反射率的影響,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,由圖2可以看出：在28GHz頻率范圍內(nèi)，隨著MnO2摻量的增大，復(fù)合材料的吸收峰值逐步向低頻移動，但其中心吸收量卻不是越來越低，在摻量為20%時復(fù)合材料的吸波性在整個波段的表現(xiàn)最好，因而二氧化錳的滲濾閾值在20%左右 （1）MnO2在砂漿中的分散影響 （2）MnO2存在部分團(tuán)聚，在與水泥混合后混合料的均勻性與流動性較差 （3）MnO2用量增加到30wt%和40wt%時，由于電磁波傳播的自由空間本性波阻抗與復(fù)合材料本性波阻抗的不匹配引起電磁波發(fā)生較強的界面反射,現(xiàn)象：,原因分析：,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,3.3水泥基復(fù)合材料厚度對其反射率的影響,圖3 試樣厚度對反射率的影響,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,現(xiàn)象：,原因分析：,厚度為10mm的5#樣品在低頻下的反射率明顯比厚度為15mm和20mm的7#、8#樣品的反射率要小，5#樣品的最小反射率為-11.6dB,材料的吸波性能不僅與其磁導(dǎo)率和介電常數(shù)等參數(shù)有關(guān)，而且還與材料的厚度有關(guān)，每種試樣都有一個最佳匹配厚度；由材料吸收率表達(dá)式為 。由于厚底增加，7#和8#樣品的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)發(fā)生變化，加之復(fù)合材料阻抗與自由空間本性波阻抗不匹配，導(dǎo)致其反射率增加，其中心吸收量變大。因而，可以看出，在摻量為30wt%時，其匹配厚度應(yīng)在10mm左右,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,3.4二氧化錳摻量對水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,現(xiàn)象：,原因分析：,當(dāng)MnO2的摻量為10wt%時，試樣的3d、7d和28d的抗壓強度和抗折強度比其他摻量的試樣要高 摻量為20wt%試樣的抗折強度與空白樣的相差不多，但其抗壓強度有所下降。隨著摻量的逐步增加，其強度也隨著下降,MnO2粒度較小，很好的填充了膠砂中的縫隙與孔洞，使復(fù)合材料更加密實 Ca(OH)2在MnO2表面能夠形成鍵合，并生成CHS凝膠，促進(jìn)了其強度的提高。而隨著MnO2摻量的增加，強度出現(xiàn)了不同程度的下降，是因為分散效果的降低,使MnO2不能均勻的分散在復(fù)合材料中，出現(xiàn)了團(tuán)聚的現(xiàn)象出現(xiàn)較大的孔洞和縫隙,二氧化錳水泥基復(fù)合材料的制備與性能,結(jié)束語 （1）MnO2是一種在低頻下較好的吸波劑，其吸波顯著的波段在5GHz以下，并且具有一個極限用量值；在MnO2同一摻量下，存在一個極限厚度 （2）在小于5GHz的頻段范圍內(nèi)，摻量為20wt%的3#樣品基本均小于-5dB，在2.06GHz處，吸收量達(dá)到-21.75dB，并且其小于-5dB的吸