本發(fā)明屬于吸收電磁波的涂料的，具體涉及一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層及制備方法。

背景技術(shù)：

1、nzsp指的是nasicon型na3zr2si2po12，nzsp陶瓷作為一種備受矚目的陶瓷材料，展現(xiàn)出一系列獨特且極具價值的性能，在吸波性能方面，能夠?qū)μ囟l率的電磁波進(jìn)行有效吸收；且在高溫下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易與空氣中的氧氣、水分等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；并且能夠抵抗一定程度的酸堿腐蝕，這使得它在多種復(fù)雜環(huán)境中都具有潛在的應(yīng)用價值。nzsp陶瓷的理論密度為3.24g·cm-3，和其他吸波材料相比，nzsp陶瓷密度極低，這種低密度特性為吸波材料領(lǐng)域帶來了重大突破，能夠切實有效地實現(xiàn)吸波材料的減重，極大地有利于相關(guān)設(shè)備的輕量化設(shè)計與制造。此外，nzsp陶瓷在原料獲取和制備工藝上也擁有顯著優(yōu)勢，其原料來源極為豐富，在自然界中廣泛存在，這為大規(guī)模生產(chǎn)提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。并且，制備過程相對容易，不需要復(fù)雜且昂貴的設(shè)備與技術(shù)，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

2、然而，nzsp陶瓷在實際應(yīng)用轉(zhuǎn)化過程中并非一帆風(fēng)順，存在著一些亟待解決的問題。由于nzsp粉末熱導(dǎo)率較低，在快速的等離子射流中難以完全熔化，而以半熔的形式撞擊基板并凝固，形成的涂層較為疏松，所以得到的吸波涂層的吸波性能比較低，無法滿足一些對吸波性能要求較高的應(yīng)用場景。在吸波材料領(lǐng)域，拓展nzsp陶瓷吸收帶寬有以下常見方法：復(fù)合摻雜、構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)、納米結(jié)構(gòu)化和設(shè)計宏觀結(jié)構(gòu)。組分設(shè)計對于其性能調(diào)控范圍有限，難以進(jìn)一步拓展吸收帶寬，需通過設(shè)計宏觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。因此需要一種通過宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計提高吸波性能的nzsp吸波涂層。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層及制備方法，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，基于nzsp球形粉末制作第一涂層和第二涂層，在減重應(yīng)用中具有突出優(yōu)勢，適用于航空航天領(lǐng)域；通過周期結(jié)構(gòu)的宏觀設(shè)計拓展nzsp吸波涂層的吸收帶寬，提高吸波性能，降低電磁干擾；采用激光選區(qū)燒結(jié)制備第二涂層的周期結(jié)構(gòu)，具有設(shè)計自由度。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

4、步驟一、獲取nzsp球形粉末；

5、步驟二、在基板上噴涂nzsp球形粉末，得到第一涂層；

6、步驟三，確定周期單元的形狀；確定周期單元的優(yōu)化幾何參數(shù)，幾何參數(shù)至少包括最大長度、最大寬度和預(yù)設(shè)高度；若干周期單元按照規(guī)則空間陣列排列成周期結(jié)構(gòu)；

7、步驟四、在第一涂層上鋪展nzsp球形粉末；采用激光燒結(jié)鋪展在第一涂層上的nzsp球形粉末，燒結(jié)區(qū)域的橫截面形狀與周期結(jié)構(gòu)的橫截面一致；

8、步驟五、重復(fù)步驟四，逐層鋪粉，累積燒結(jié)，直到周期單元的高度達(dá)到預(yù)設(shè)高度，完成激光燒結(jié)，得到第二涂層；

9、步驟六、第一涂層和第二涂層共同構(gòu)成具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層。

10、上述的一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于：周期單元為矩回形，矩回形包括：第一矩形貼片，與第一矩形貼片結(jié)構(gòu)相同、且關(guān)于x軸對稱分布的第三矩形貼片；第二矩形貼片，與第二矩形貼片結(jié)構(gòu)相同、且關(guān)于y軸對稱分布的第四矩形貼片；x軸與y軸相互垂直；第一矩形貼片和第三矩形貼片之間的最小寬度不小于第二矩形貼片的長度；第二矩形貼片和第四矩形貼片之間的最小長度不小于第一矩形貼片的長度。

11、上述的一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于：規(guī)則空間陣列指的是周期單元呈行列分布，各行周期單元均勻分布，各列周期單元均勻分布。

12、上述的一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于：步驟三中，確定周期單元的優(yōu)化幾何參數(shù)的具體步驟為：

13、步驟301、定義周期單元的幾何參數(shù)，并將周期單元按照規(guī)則空間陣列排列成周期結(jié)構(gòu)；

14、步驟302、定義目標(biāo)函數(shù)，選擇周期單元的幾何參數(shù)作為優(yōu)化變量，采用遺傳算法作為優(yōu)化方法，調(diào)整優(yōu)化變量，計算目標(biāo)函數(shù)的值；

15、步驟303、使目標(biāo)函數(shù)的值最小化的幾何參數(shù)組合作為周期單元的優(yōu)化幾何參數(shù)。

16、上述的一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于：目標(biāo)函數(shù)包括反射損耗積分項和帶寬函數(shù)項。

17、上述的一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于：步驟一的nzsp球形粉末中混合有吸收劑。

18、上述的一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于：吸收劑為sic、tin、srtio3和ito中的一種。

19、上述的一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于：獲取nzsp球形粉末的具體方法為：

20、步驟101、將鈉源、鋯源、硅源和磷源混合后裝入球磨罐中；

21、步驟102、將乙醇加入球磨罐中，濕法球磨，球磨完成后，取出并干燥，得到反應(yīng)物粉末；

22、步驟103、反應(yīng)物粉末在1180-1220℃下煅燒5-7h，煅燒結(jié)束后，冷卻、研磨，得到nzsp粗研顆粒；

23、步驟104、nzsp粗研顆粒導(dǎo)入球磨罐，加入蒸餾水，濕法球磨，球磨完成后，得到混合液；

24、步驟105、混合液中加入消泡劑和粘合劑，接著加入到噴霧造粒機(jī)中，攪拌并造粒，得到nzsp球形粉末。

25、上述的一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層的制備方法，其特征在于：步驟二中，在基板上噴涂nzsp球形粉末時，采用超音速等離子噴涂。

26、第二方面，本發(fā)明提供一種具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層，其特征在于：第一涂層和第二涂層共同構(gòu)成具有三維周期結(jié)構(gòu)的nzsp吸波涂層，由上述任意一項的制備方法制備而成。

27、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

28、1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，實現(xiàn)及使用操作方便。

29、2、本發(fā)明基于nzsp球形粉末制作第一涂層和第二涂層，由于nzsp密度較低，顯著降低了重量，在減重應(yīng)用中具有突出優(yōu)勢，同時兼具優(yōu)異的吸波性能和高溫穩(wěn)定性，適用于航空航天領(lǐng)域。

30、3、本發(fā)明通過周期結(jié)構(gòu)的宏觀設(shè)計拓展nzsp吸波涂層的吸收帶寬，周期結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生多種共振模式，可覆蓋多個頻率范圍，實現(xiàn)寬帶吸收，進(jìn)一步提高吸波性能，降低電磁干擾，使用效果好。

31、4、本發(fā)明采用激光選區(qū)燒結(jié)制備第二涂層的周期結(jié)構(gòu)，通過計算機(jī)控制的激光束選擇性燒結(jié)nzsp球形粉末，具有設(shè)計自由度；逐層熔融，可制備出比較復(fù)雜的三維周期結(jié)構(gòu)；僅掃描燒結(jié)特定區(qū)域的nzsp球形粉末，未燒結(jié)的nzsp球形粉末可作為支撐并可回收利用。

32、綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，基于nzsp球形粉末制作第一涂層和第二涂層，在減重應(yīng)用中具有突出優(yōu)勢，適用于航空航天領(lǐng)域；通過周期結(jié)構(gòu)的宏觀設(shè)計拓展nzsp吸波涂層的吸收帶寬，提高吸波性能，降低電磁干擾，采用激光選區(qū)燒結(jié)制備第二涂層的周期結(jié)構(gòu)，具有設(shè)計自由度。

33、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。