高温吸波结构材料 [High-Temperature Structural Materials for Microwave Absorption] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘海韬，黄文质，周永江 等 著

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• 吸波材料
• 高温材料
• 微波吸收
• 结构材料
• 复合材料
• 材料科学
• 电磁兼容
• 航空航天
• 国防科技
• 功能材料

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030536006

版次：1

商品编码：12243598

包装：平装

丛书名： 先驱体转化陶瓷纤维与复合材料丛书

外文名称：High-Temperature Structural Materials for Microwave Absorption

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版

内容简介

　　高温吸波结构材料特指可承受热、力载荷，具备吸波功能，并可维持装备外形的一类结构、功能一体化材料。高温吸波结构材料是破解目前新一代军事飞行器高温部件隐身问题的重要出路，对于提升武器装备的突防与生存能力具有重要的军事意义。《高温吸波结构材料》深入总结了作者十余年来在高温吸波结构材料方面的研究成果，系统阐述了高温吸波结构材料需求和应用、高温吸波结构材料体系组成及制备方法、传统和超材料吸波材料的结构形式及设计方法、典型高温吸波结构材料与构件制备及性能等内容。

内页插图

目录

目录
丛书序
前言
第1章 高温吸波结构材料需求及应用 1
1.1 高温吸波结构材料概念与内涵 1
1.2 高温吸波结构材料的军事需求 3
1.2.1 侦察预警威胁 5
1.2.2 拦截威胁 7
1.2.3 武器装备高温部件工况及暴露征候分析 9
1.3 高温吸波材料研究现状与应用 11
1.3.1 国外高温吸波材料 12
1.3.2 国内高温吸波材料 15
1.4 高温吸波结构材料的难点 17
参考文献 20
第2章 高温吸波结构材料体系组成以及制备方法 26
2.1 高温吸波结构材料体系组成 26
2.1.1 承载功能相 27
2.1.2 吸波功能相 46
2.2 SiC/SiC复合材料特性及其制备方法 48
2.2.1 碳化硅纤维电性能 48
2.2.2 SiC/SiC复合材料制备工艺及其对复合材料电性能影响 59
2.2.3 SiC/SiC热结构复合材料研究应用现状简述 66
2.3 Oxide/Oxide复合材料特性及其制备方法 70
2.3.1 Oxide/Oxide复合材料制备工艺 70
2.3.2 Oxide/Oxide复合材料性能及应用现状 72
参考文献 75
第3章 传统雷达吸波材料结构形式及其优化设计方法 93
3.1 传统结构形式雷达吸波材料优化设计方法 93
3.1.1 反射率计算方法 93
3.1.2 优化方法 96
3.2 Salisbury屏吸收体 103
3.3 单层吸波材料 105
3.3.1 单层吸波材料完全吸收条件下的电磁参数范围 106
3.3.2 单层吸波材料一定反射率阈值条件下的电磁参数范围 109
3.4 多层阻抗匹配吸波材料 111
3.4.1 多层阻抗匹配吸波材料的阻抗渐变原则 111
3.4.2 多层阻抗匹配吸波材料的最佳层数 112
3.5 Jaumann吸收体 114
3.6 夹层结构吸波材料 115
3.6.1 夹层结构吸波材料吸波性能优化及其对材料性能要求 116
3.6.2 夹层结构吸波材料吸波性能参数敏感度分析 121
参考文献 122
第4章 超材料吸波材料结构形式及其优化设计方法 124
4.1 电磁超材料在吸波技术中的应用概况 124
4.1.1 电磁超材料的概念 124
4.1.2 高阻抗表面吸波材料 126
4.1.3 电磁吸波超材料 128
4.2 超材料吸波材料的优化设计方法 131
4.2.1 解析方法 131
4.2.2 数值计算方法 134
4.2.3 等效电路法 139
4.3 电阻型超材料吸波材料 142
4.3.1 电阻型超材料吸波材料的等效电路模型分析 142
4.3.2 电阻型超材料吸波材料极限吸波带宽分析 146
4.3.3 电阻型超材料吸波材料周期结构特性对吸波性能影响 147
4.3.4 电阻型超材料吸波材料介质层厚度对吸波性能影响 150
4.3.5 电阻型超材料位置对吸波材料吸波性能影响 152
4.3.6 双层电阻型超材料吸波材料的吸波性能 154
4.4 导体型超材料吸波材料 155
4.4.1 短切线超材料吸波材料等效电路分析 156
4.4.2 短切线超材料吸波材料吸收频率 160
4.4.3 短切线超材料吸波材料吸收强度 164
4.4.4 短切线超材料吸波材料吸波频带展宽方法 167
参考文献 176
第5章 典型高温吸波结构材料与构件制备及性能 182
5.1 单层结构高温吸波结构材料制备及性能 182
5.1.1 添加高温吸收剂技术方案 182
5.1.2 碳化硅吸波纤维技术方案 189
5.2 双层阻抗匹配结构高温吸波结构材料制备及性能 191
5.3 夹层结构高温吸波结构材料 193
5.3.1 夹层结构高温吸波结构材料制备及其吸波性能 194
5.3.2 夹层结构高温吸波结构材料反射率随温度变化机制 197
5.4 高温电阻型超材料吸波结构材料 204
5.4.1 高温电阻型超材料的体系设计 206
5.4.2 高温电阻涂层微观结构及导电机制 207
5.4.3 高温电阻涂层的制备及其电性能 213
5.4.4 基于单层高温电阻型超材料的吸波材料 225
5.4.5 基于双层高温电阻型超材料的吸波材料 234
5.5 高温导体型超材料吸波结构材料 237
5.5.1 均质短切线超材料高温吸波结构材料 238
5.5.2 双层梯度短切线超材料高温吸波结构材料 241
5.6 典型构件制备以及性能验证 242
参考文献 245

前言/序言

　　随着世界新军事革命的加速推进，武器装备远程精确化、智能化、隐身化、无人化趋势更加显著，隐身性能已经成为新一代武器装备的典型特征和重要能力。特别是随着各类预警探测和拦截打击系统间组网能力的提升，使军事飞行器在未来信息化战争中面临着多平台、多传感器的预警探测和拦截武器的组网威胁，隐身性能成为飞行器生存与突防的关键。
　　长久以来，隐身技术研究人员最为关注的是飞行器的前向与侧向隐身性能，更加注重的是飞行器的突防能力，但随着现代战争攻防转换速度的加快以及组网、立体化侦察打击威胁的加剧，包括尾向在内的全方位隐身已经成为重要的发展方向。发动机以及后体结构作为飞行器尾向最主要的雷达散射源，一方面受制于动力条件约束，外形隐身设计余地有限；另一方面受制于高温条件约束，发展相对成熟的以磁损耗吸波材料为代表的常温吸波材料无法应用。因此，高温吸波材料技术成为解决飞行器尾向高温部件隐身问题的重要出路。此外，对于新一代高速飞行器，由于高速运动产生的气动热使装备表面温度较高，而受气动外形设计约束，外形隐身设计受到较大限制，其前向与侧向隐身性能也极大地受制于高温吸波材料的研制水平。
　　高温吸波结构与涂层是高温吸波材料的两种重要形式。高温吸波结构材料特指可承受热、力载荷，具备吸波功能，并可维持装备外形的一类结构功能一体化材料。与高温吸波涂层相比，高温吸波结构材料的典型特征是具备承载功能，将之替代金属部件后，可在满足部件热、力使用性能要求的前提下赋予其雷达隐身功能，并且不会增加装备重量，从而产生显著的军事效益。本书重点针对高温吸波结构材料展开讨论。

高性能陶瓷材料在极端环境下的应用与展望 本书深入探讨了一类在极高温度、高压、强腐蚀性环境等极端条件下表现出卓越性能的新型陶瓷材料。这些材料因其独特的微观结构和化学组成，展现出非凡的机械强度、热稳定性、化学惰性和优异的介电/导电性能，为航空航天、能源、核工业、尖端电子设备以及生物医学等领域带来了前所未有的技术突破可能性。 第一章：极端环境对传统材料的挑战与先进陶瓷材料的崛起 本章首先回顾了传统金属、聚合物等材料在极端环境下的局限性，例如高温下的蠕变、氧化、熔化，以及化学腐蚀导致的性能劣化等。在此基础上，引出现代科学技术对能够承受这些严酷条件的材料的迫切需求。随后，详细介绍了先进陶瓷材料的定义、基本特性（如高硬度、高熔点、低导热性、高绝缘性、优异的耐磨损性）以及它们在克服传统材料瓶颈方面的独特优势。通过对典型极端环境（如航空发动机内部、深海钻探、核反应堆芯、高功率微波器件等）的分析，阐述了为何先进陶瓷材料成为解决这些挑战的关键。 第二章：高性能耐高温陶瓷材料的种类、制备与性能表征 本章聚焦于几种在超高温环境下表现突出的高性能陶瓷材料。我们将详细介绍： 氧化物陶瓷： 如氧化铝（Al₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）及其稳定化衍生物（如Y-TZP, CSZ）、氧化镁（MgO）等。深入分析它们的晶体结构、相变行为、热膨胀系数、抗氧化性和高温力学性能。重点阐述其在高温绝缘、耐磨损和耐腐蚀方面的应用潜力。 非氧化物陶瓷： 如碳化硅（SiC）、氮化硅（Si₃N₄）、碳化硼（B₄C）、氮化硼（BN）等。深入解析它们的共价键特性、极高的硬度和强度、出色的热震抗性和高温强度保持性。着重讨论其在高温结构件、刀具、热障涂层等领域的应用。 复合陶瓷材料： 包括陶瓷基复合材料（CMCs），例如SiC/SiC、Al₂O₃/ZrO₂等。探讨纤维增强、颗粒增强等复合技术如何协同提升材料的韧性、抗断裂性和热稳定性，克服单一陶瓷材料的脆性缺陷。 在材料介绍的同时，本章还将详述先进陶瓷材料的制备工艺，包括固相反应法、溶胶-凝胶法、等离子喷涂、增材制造（3D打印）等，并对比不同制备方法的优缺点及其对材料微观结构和宏观性能的影响。最后，介绍用于表征这些材料在高温下性能的关键技术，如高温拉伸/压缩试验、高温弯曲试验、高温摩擦磨损试验、高温热导率测量、高温介电损耗测试等。 第三章：极端环境下高性能陶瓷材料的性能退化机理与防护策略 本章将深入剖析高性能陶瓷材料在极端环境下的各种性能退化机理。这包括： 高温氧化与腐蚀： 详细分析高温气相氧化（如氧气、水蒸气）、熔盐腐蚀、等离子体腐蚀等对陶瓷材料化学组成、表面形貌和力学性能的影响。介绍氧化物钝化层形成、非氧化物陶瓷表面氧化转化层等防护机制。 高温蠕变与断裂： 探讨晶界滑移、晶粒生长、空位扩散等机制在高应力、高温条件下如何导致陶瓷材料的宏观蠕变和疲劳断裂。分析加载速率、温度、应力水平等因素的影响。 热震与热冲击： 解释由温度剧烈变化引起的内应力如何导致陶瓷材料的开裂和失效。探讨材料的热膨胀系数、导热性、断裂韧性等对其热震抗性的影响。 辐射损伤： 针对核工业等领域的应用，分析高能粒子（如中子、伽马射线）辐照对陶瓷材料晶格结构、缺陷产生、力学性能和电学性能的长期影响。 针对这些退化机理，本章将系统介绍有效的防护策略，包括： 表面改性与涂层技术： 如开发抗氧化、抗腐蚀的保护涂层（如SiC涂层、SiAlON涂层、稀土氧化物涂层），以及用于提高材料韧性或降低摩擦系数的涂层。 材料设计与成分优化： 通过掺杂、固溶、形成复合相来抑制晶粒生长、提高相稳定性、降低热膨胀系数、提升断裂韧性。 微观结构调控： 精细控制晶粒尺寸、晶界相、孔隙率等微观结构特征，以优化材料的整体性能。 第四章：高性能陶瓷材料在航空航天领域的应用与发展 本章将聚焦于高性能陶瓷材料在航空航天领域的广阔应用前景，特别是在极端高温和高应力环境下。 航空发动机热端部件： 详细介绍陶瓷基复合材料（CMCs）在涡轮叶片、燃烧室衬套、导向叶片等部件中的应用，以及其带来的减重、提高效率、延长寿命等显著优势。 飞行器结构件： 探讨陶瓷材料在耐烧蚀材料（如航天器再入大气层）、隔热瓦、以及高超声速飞行器结构件方面的应用，分析其在高马赫数飞行时产生的极端热负荷和气动压力下的表现。 高温传感器与电子器件： 介绍用于监测发动机状态、飞行姿态的高温传感器（如K型热电偶）及其陶瓷绝缘层，以及能够在极端温度下工作的微电子元器件及其封装材料。 第五章：高性能陶瓷材料在能源与核工业领域的应用与挑战 本章将深入探讨高性能陶瓷材料在能源转换、储存和核能利用等关键领域的应用。 先进核反应堆材料： 讨论陶瓷材料在核反应堆芯燃料包壳、慢化剂、控制棒材料以及高温气冷堆等先进反应堆设计中的作用，重点分析其在耐高温、抗中子辐照、化学稳定性以及氦气渗透等方面的要求。 燃料电池与电解槽： 介绍固体氧化物燃料电池（SOFCs）和固体氧化物电解槽（SOECs）中，作为电解质、电极和连接体的陶瓷材料（如YSZ、LSM、Ni-YSZ等）的关键作用，以及它们在高温运行条件下的性能和寿命。 高温热交换器与隔热材料： 探讨陶瓷材料在聚光太阳能热发电（CSP）、工业余热回收等领域中作为耐高温热交换器、隔热层和热储材料的应用，分析其高导热性（或低导热性，取决于应用）、耐腐蚀性和热稳定性。 能源储存： 简要介绍在固态电池等下一代能源储存技术中，陶瓷固体电解质的潜力，以克服传统液体电解液在高安全性、高能量密度方面的限制。 第六章：其他新兴应用领域与未来发展趋势 本章将拓展视角，审视高性能陶瓷材料在其他新兴和未来应用领域的发展潜力，并对整个学科的未来进行展望。 生物医学植入物： 尽管非极端高温，但生物陶瓷（如氧化锆、磷酸钙）因其优异的生物相容性、耐磨损性和机械强度，在人工关节、牙科修复等领域的应用日益广泛，其高温烧结过程也涉及先进陶瓷工艺。 极端环境下的传感器与探测器： 探讨用于深海、火山、高能粒子探测等极端环境的特种传感器，其基体材料和敏感元件多采用高性能陶瓷。 高端电子与信息技术： 简要提及陶瓷材料在微波滤波、高频器件、高温半导体等领域的应用，这些应用虽不直接以“吸波”为主题，但对材料在高温下的介电、导电性能有极高要求。 先进制造技术与智能化： 展望陶瓷材料与人工智能、大数据、先进制造技术的融合，例如通过机器学习预测材料性能，利用增材制造实现复杂结构陶瓷的精密制造。 可持续发展与绿色制造： 探讨如何通过优化工艺、回收利用等方式，实现高性能陶瓷材料的可持续生产和应用。 结论 本书系统性地梳理了高性能陶瓷材料在极端环境下的应用现状、关键技术、面临的挑战以及未来的发展方向。这些材料凭借其独特的物理化学性质，正在不断突破传统材料的界限，为人类探索未知、发展尖端科技提供了坚实的基础。随着研究的深入和技术的进步，高性能陶瓷材料必将在更多领域展现出其不可替代的价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对前沿科技充满热情的研究生，我一直在寻找能够拓展我知识边界的学术著作。 《高温吸波结构材料》这个书名立刻抓住了我的眼球，它涵盖了材料科学、电磁场理论以及工程应用等多个交叉学科领域，无疑是一个极具挑战性和深度的研究方向。 我设想书中会详细阐述高温条件下材料微观结构的变化如何影响其宏观的电磁性能，并可能介绍一些前沿的理论模型来解释这些现象。 我还期待书中能够深入探讨各种新型高温吸波材料的设计理念和制备方法，例如纳米复合材料、多孔陶瓷以及高温金属合金等。 此外，我非常好奇书中是否会涉及一些关于材料在高强度应力、热冲击以及氧化腐蚀等复杂高温环境下的行为分析，这将为我今后的科研工作提供宝贵的思路。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对雷达隐身技术有浓厚兴趣的业余爱好者。当我偶然看到这本书的题目时，我立刻联想到了一些科幻电影中的场景，那些能够隐形的飞机和舰船，其背后的技术原理一定与吸波材料息息相关。我推测这本书会深入探讨在极端高温环境下，如何设计和制备出能够有效吸收雷达波的结构材料。 我设想其中可能会包含一些关于材料微观结构与宏观电磁性能之间关系的详细论述，比如如何通过控制材料的晶体结构、孔隙率或者相组成来调控其介电常数和磁导率，从而实现对不同频段雷达波的吸收。 同时，我也好奇书中是否会涉及一些关于材料在高温下的力学性能、热稳定性以及抗氧化性的研究，毕竟结构材料的稳定性是确保其在恶劣环境下正常工作的关键。

评分☆☆☆☆☆

当我第一次看到这本书的题目时，“高温吸波结构材料”，我就被它所吸引了。 这个题目听起来就充满了挑战性和前沿性。 我猜想书中会非常详细地介绍关于高温吸波材料的理论知识，例如电磁波在材料中的传播、吸收的机理，以及各种材料在高温环境下可能出现的性能变化。 我也对书中关于“结构材料”的描述产生了浓厚的兴趣，这表明这本书不仅仅关注吸波性能，还强调材料的力学性能，比如强度、刚度、耐久性等。 我非常想了解，在高温和强电磁场的作用下，材料的结构稳定性如何得到保证，以及如何设计和制备出同时具备优异吸波性能和结构强度的材料。 我还希望书中能介绍一些实际的应用案例，这会让我更好地理解这项技术的价值和意义。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的第一印象是它的分量感。 拿到手中的厚度和沉甸甸的质感，都暗示着其中蕴含着丰富的知识和信息。 封面上简洁却极具科技感的排版，让我对本书的主题“高温吸波结构材料”产生了浓厚的兴趣。 我推测这本书会深入探讨在极端高温环境下，如何设计和制备出能够有效吸收微波的材料，并且这些材料本身还必须具备作为结构材料的承载能力。 我想象书中会包含大量的理论推导和实验数据，用来解释材料的微波吸收机理，以及在高温条件下材料性能的变化。 我还猜测书中可能会介绍一些新型的吸波材料的设计思路，比如如何通过调整材料的微观结构或者复合组态来优化吸波性能。 此外，对于“结构材料”的强调，也让我对书中关于材料力学性能和高温稳定性的讨论产生了浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我是一位从事航空航天领域工作的工程师，我们常常需要面对极端的工作环境，而“高温吸波结构材料”这个题目恰好与我们正在攻克的某些技术难题息息相关。 我预期这本书将提供大量关于新型高温吸波材料的理论基础、设计原理和性能表征方面的详细信息。 我特别希望了解书中能够深入探讨不同材料体系在高磁场强度和高频微波下的响应机制，以及其在超高温环境下的稳定性和耐久性。 我也期待书中能介绍一些先进的制备技术和加工工艺，这些对于实现高性能吸波材料的大规模生产至关重要。 此外，书中关于材料力学性能与电磁性能之间相互影响的分析，以及如何通过结构优化来平衡这两方面需求的研究，将对我们的实际工程应用具有极高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常具有辨识度，简洁的蓝白配色，加上醒目的书名，立刻吸引了我的目光。 作为一个对材料科学领域有着初步了解的读者，我对“高温吸波结构材料”这个概念感到非常好奇。 我猜想书中会详细介绍各种高温吸波材料的种类，以及它们在不同温度下的性能表现。 我还希望能了解这些材料的制备工艺，以及如何通过调整材料的成分和结构来优化其吸波性能和力学性能。 毕竟，在高温环境下，材料的性能往往会发生显著的变化，如何保持其稳定性和有效性是至关重要的。 我也对书中可能提到的实际应用场景产生了兴趣，比如航空航天、军工装备等领域，这些都对材料的性能提出了严苛的要求。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一感觉就是专业且严谨。 封面设计简洁大气，虽然没有华丽的插图，但“高温吸波结构材料”这几个字，已经足够吸引那些对这个领域感兴趣的读者。 我推测这本书会深入探讨材料在高强度的电磁辐射和高温环境下的相互作用。 我好奇书中是否会介绍一些关于材料介电和磁学特性的理论模型，以及如何在分子层面设计材料以达到最佳的吸波效果。 同时，作为“结构材料”，我期待书中会详细论述这些材料在高温下的力学性能，比如抗拉强度、抗压强度、断裂韧性等，以及这些性能如何受到微波吸收功能的潜在影响。 我也对书中可能提及的先进材料制备技术和表征手段产生了浓厚的兴趣，这些将有助于理解材料的微观结构与宏观性能之间的联系。

评分☆☆☆☆☆

尽管我不是材料科学领域的专业人士，但出于对前沿科技的好奇，我还是被这本书的题目所吸引。 “高温吸波结构材料”这个概念本身就充满了挑战和吸引力，我很好奇在如此极端的高温环境下，材料是如何实现有效的微波吸收的。 我想象书中一定包含了大量的理论推导和实验数据，用来解释材料的微波吸收机理，以及在高温条件下材料性能的变化。 我还猜测书中可能会介绍一些新型的吸波材料的设计思路，比如如何通过调整材料的微观结构或者复合组态来优化吸波性能。 此外，对于“结构材料”的强调，也让我对书中关于材料力学性能和高温稳定性的讨论产生了浓厚的兴趣。 我期待了解这些材料在实际应用中，除了吸波功能之外，还能承受多大的载荷，以及在长期高温暴露下是否会发生退化。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书脊设计非常简洁，只印有书名和作者的姓氏，这使得它在书架上显得格外醒目。当我拿到这本书时，我首先注意到的是它使用的装帧技术，显得非常牢固，给人一种可以长久保存的感觉。 我对书中的内容充满了好奇，特别是“高温”和“吸波”这两个关键词，它们组合在一起，就构成了一个非常具有挑战性的研究方向。 我猜测书中会详细介绍各种高温吸波结构材料的种类，以及它们在不同高温环境下的性能表现。 我还希望能了解这些材料的制备工艺，以及如何通过调整材料的成分和结构来优化其吸波性能和力学性能。 毕竟，在高温环境下，材料的性能往往会发生显著的变化，如何保持其稳定性和有效性是至关重要的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计和排版给我留下了深刻的印象。深邃的蓝色背景，搭配上烫金的“高温吸波结构材料”几个大字，显得既庄重又充满科技感。封面上隐约可见的微波散射图谱，更是直接点明了本书的主题，让人一眼就能感受到其中蕴含的专业知识。在拿到这本书的时候，我就被它厚实的质感所吸引，虽然还没来得及深入阅读，但从它的外观和初步翻阅的感受来看，这一定是一本内容详实、制作精良的学术著作。书页纸张的触感也相当舒适，印刷清晰，没有出现任何模糊或错位的现象，这对于长时间阅读而言，是非常重要的考量因素。我特别喜欢封面设计中那种简洁而不失细节的风格，没有过多的装饰，却能精准地传达出书籍的核心信息。