[0001] 本发明属于微波吸收材料技术领域，具体涉及一种Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws复合陶瓷及其制备方法和应用。

[0002] 当前，无线通信的快速发展，智能家居、交通和医疗设备的日益普及，给快节奏的社会带来了便利。同时，大量的电子设备应用也大大增加了电磁辐射，造成了严重的电磁污染问题。这些电磁污染不仅干扰电气设备的运行，而且对人体健康和自然环境有害，甚至影响安全或造成重大事故。为此，开发高性能的电磁波吸收材料，将入射电磁波转化为热或通过界面将其耗散，具有十分重要的意义。而且，随着吸波材料在某些装备上的广泛应用，在抗氧化方面对电磁波的强吸收提出了更高的要求。

[0003] 稀土硅酸盐具有低热膨胀系数、良好的化学稳定性和耐腐蚀性，是高温硅基陶瓷最有前途的环境屏障涂层材料。其中，Yb2Si2O7是典型的高温结构陶瓷，广泛应用于高温耐氧化涂层、耐腐蚀陶瓷和耐热冲击涂层，具有较强的环境适应性，但同时也存在吸收强度低、有效吸收频带低的缺点，从应用上来看，是无法作为吸收材料去应用。加之，对于吸收材料的研究目前仍然主要集中在传统吸收材料上，收效甚微。

[0004] 结合现状，本发明研究团队认为有必要改变常规思维，不受限于传统吸收材料的研发路径，研发一种能够应用于恶劣环境下的新型微波吸收材料，以满足恶劣环境对吸波材料的吸波性能以及抗氧化性能等方面的高要求。

[0052] 以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

[0053] 根据研发路径，在引入BaSrAlSiO之前首先研发出的是Yb2Si2O7/TiO2陶瓷，该陶瓷的制备方法为：按照20∶1‑3的质量比将Yb2Si2O7 粉末与TiO2nws粉末均匀混合，然后在15‑25 MPa压力下进行冷压，压制成型后置于温度为1100 1500°C的空气氛围中烧结1.5‑2.5 ~
h，得到Yb2Si2O7/TiO2陶瓷，此为初代产品，在对该材料的研究过程中，筛选出最优的Yb2Si2O7 粉末与TiO2nws粉末质量比为10∶1，该配比下制备的陶瓷能够作为微波吸收材料，其RLmin可以达到‑45dB，EAB为2.3GHz（10.1GHz‑12.4GHz），为让其在宽频吸波方面能进一步有所提升，为此，本发明在该配比的基础上，引入BaSrAlSiO，并通过以下实施例，筛选最优配比，得到性能好且吸波频率范围更宽的复合陶瓷。

[0054] 实施例1

[0055] 一种Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws复合陶瓷的制备方法，具体步骤如下：

[0056] 步骤1 制备Yb2Si2O7粉末

[0057] 将Yb(NO3)3·6H2O溶解于去离子水中得到溶液A；将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，搅拌12 h，得到溶液B；室温下，将溶液A和溶液B搅拌混合得到透明凝胶C；将凝胶C先在80°C下干燥24 h，再在110°C下干燥12 h，最后在1100°C下热处理 2 h，得到粉末D；将粉末D用行星球磨机球磨30 min，此过程重复10次，相邻两次时间间隔15 min，干燥后得到Yb2Si2O7粉末。

[0058] 其中，Yb(NO3)3·6H2O、正硅酸乙酯、乙醇和去离子水的摩尔比为1∶1.2∶4∶4。

[0059] 步骤2 制备BaSrAlSiO粉末

[0060] 将BaCO3、Al(NO3)3·9H2O、Sr(NO3)2溶解于柠檬酸中得到溶液E；将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，搅拌12 h，得到溶液F；室温下，将溶液E和溶液F混合搅拌得到透明凝胶G；将凝胶G先在80°C下干燥24 h，再在110°C下干燥12 h，得到粉末H；将粉末H用行星球磨机球磨30 min，此过程重复10次，相邻两次时间间隔15 min，干燥后得到BaSrAlSiO粉末。

[0061] 其中，BaCO3、Al(NO3)3·9H2O、Sr(NO3)2、正硅酸乙酯、乙醇和柠檬酸的摩尔比为1∶2∶1∶1.2∶3∶3。

[0062] 步骤3制备TiO2nws粉末

[0063] 将体积比为1∶2∶2的钛酸四丁酯与异丙醇以及摩尔浓度为0.08‑0.12mol/L的NaOH溶液混合，得到溶液I，再搅拌30 min后移至 100mL 反应釜中在180°C下进行水热反应12 h。自然冷却后，先用去离子水洗涤反应沉淀物，再用摩尔浓度为0.1 mol/L的HCI溶液洗至 pH=7，过滤后将滤饼于80°C烘干，得到粉末J。将粉末J在空气中800°C下煅烧2 h，得到TiO2nws粉末。

[0064] 步骤4制备Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws陶瓷

[0065] 称取3份2.0 g的Yb2Si2O7粉末和0.2g的TiO2nws粉末，分别与0.2g、0.4g、0.6g的BaSrAlSiO粉末均匀混合，然后分别在20 MPa压力下，压制成型（冷压成尺寸为 35×15×4 3
mm 的立方体）后在温度为1300°C的空气中烧结2 h，得到不同BaSrAlSiO含量的Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws陶瓷。

[0066] 其中，初代产品的Yb2Si2O7‑TiO2nws陶瓷如图1的（a）所示，呈多孔状态。图1 的（b）为添加0.2g BaSrAlSiO时复合陶瓷的SEM图像，从图中可以看出，压制后的陶瓷微观结构均匀，晶粒等轴，表面光滑致密。图1的（c）为添加0.4g BaSrAlSiO时复合陶瓷的SEM图像，可以看出，随着BaSrAlSiO含量的增加，样品的微表面逐渐形成含有BaSrAlSiO与TiO2的薄膜状涂层。图1的（d）为添加0.6g BaSrAlSiO时复合陶瓷的SEM图像，可以看出聚合后的BaSrAlSiO与TiO2薄膜表面面积增加。此外，与0.2g BaSrAlSiO制备样品相比，0.4g BaSrAlSiO和0.6g BaSrAlSiO的样品表现出更大面积的薄膜状涂层。众所周知，涂层的微观结构，如颗粒孔隙率和聚集分布，对陶瓷涂层的介电和微波吸收性能起着至关重要的作用，所以相比之下， 0.6g BaSrAlSiO的样品具有更优异的微波吸收性能。

[0067] 实施例1制备的不同BaSrAlSiO粉末含量的Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws复相陶瓷的XRD图如图2所示，在图中，可以发现有Yb2Si2O7的特征峰出现，并且随着BaSrAlSiO含量的增加，峰强也逐渐增加。

[0068] 图3为实施例1制备的BaSrAlSiO粉末含量为0.6g （即Yb2Si2O7、BaSrAlSiO和TiO2的比例为10∶3∶1）的Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws陶瓷的TEM图，从（a）中可以看出，Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws复合陶瓷由大小不一的颗粒组成，通过高分辨的（b）‑（d）可以发现晶格间距为0.32 nm对应的是Yb2Si2O7；晶格间距为0.24 nm对应的是TiO2。

[0069] 从图4中可以看出，当BaSrAlSiO粉末的含量为0.2g时，最小反射系数（RLmin）为‑5 dB；当BaSrAlSiO粉末的含量为0.4 g时，RLmin上升到‑22 dB。随着BaSrAlSiO粉末含量增加到0.6 g时，RLmin可以达到‑35 dB，实现了对99.99%的电磁波的吸收，此外也具有三个样品中最大的EAB值，能达到4.1GHz。由此，可以确定，本发明制备的一种Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws复合陶瓷能够更好地作为吸波材料应用在微波吸收领域中，并且具有较好的吸波性能和应用前景。

[0070] 实施例2

[0071] 一种Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws复合陶瓷的制备方法，具体步骤如下：

[0072] 步骤1 制备Yb2Si2O7粉末

[0073] 将Yb(NO3)3·6H2O溶解于去离子水中得到溶液A；将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，搅拌12 h，得到溶液B；室温下，将溶液A和溶液B搅拌混合得到透明凝胶C；将凝胶C先在90°C下干燥20 h，再在130°C下干燥13 h，最后在1200°C下热处理 2.5 h，得到粉末D；将粉末D用行星球磨机球磨20 min，此过程重复15次，相邻两次时间间隔为10 min，干燥后得到Yb2Si2O7粉末。

[0074] 其中，Yb(NO3)3·6H2O、正硅酸乙酯、乙醇和去离子水的摩尔比为1∶1.2∶4∶4。

[0075] 步骤2 制备BaSrAlSiO粉末

[0076] 将BaCO3、Al(NO3)3·9H2O、Sr(NO3)2溶解于柠檬酸中得到溶液E；将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，搅拌12 h，得到溶液F；室温下，将溶液E和溶液F混合搅拌得到透明凝胶G；将凝胶G先在90°C下干燥20 h，再在130°C下干燥12 h，得到粉末H；将粉末H用行星球磨机球磨20 min，此过程重复10次，相邻两次时间间隔10 min，干燥后得到BaSrAlSiO粉末。

[0077] 其中，BaCO3、Al(NO3)3·9H2O、Sr(NO3)2、正硅酸乙酯、乙醇和柠檬酸的摩尔比为1∶2∶1∶1.2∶3∶3

[0078] 步骤3制备TiO2nws粉末

[0079] 将体积比为1∶2∶2的钛酸四丁酯与异丙醇以及摩尔浓度为0.08‑0.12mol/L的NaOH溶液混合，得到溶液I，再搅拌20 min 后移至 100 mL 反应釜中在190 °C下进行水热反应11 h。自然冷却后，先用去离子水洗涤反应沉淀物，再用摩尔浓度为0.05 mol/L 的HCI溶液洗至 pH=6.5，过滤后将滤饼于90°C烘干，得到粉末J。将粉末J在空气中700°C下煅烧2.5 h，得到TiO2nws粉末。

[0080] 步骤4制备Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws陶瓷

[0081] 称取2.0 g的Yb2Si2O7粉末、0.2g的TiO2nws粉末以及0.2g的BaSrAlSiO粉末均匀混3
合，然后在25 MPa压力下，压制成型（冷压成尺寸为 35×15×4 mm的立方体）后在温度为
1200°C的空气中烧结2.5 h，得到不同BaSrAlSiO含量的Yb2Si2O7/TiO2nws陶瓷。

[0082] 实施例3

[0083] 一种Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws复合陶瓷的制备方法，具体步骤如下：

[0084] 步骤1 制备Yb2Si2O7粉末

[0085] 将Yb(NO3)3·6H2O溶解于去离子水中得到溶液A；将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，搅拌12h，得到溶液B；室温下，将溶液A和溶液B搅拌混合得到透明凝胶C；将凝胶C先在70°C下干燥30 h，再在150°C下干燥11 h，最后在1150°C下热处理 3 h，得到粉末D；将粉末D用行星球磨机球磨60 min，此过程重复5次，相邻两次时间间隔20 min，干燥后得到Yb2Si2O7粉末。

[0086] 其中，Yb(NO3)3·6H2O、正硅酸乙酯、乙醇和去离子水的摩尔比为1∶1.2∶4∶4。

[0087] 步骤2 制备BaSrAlSiO粉末

[0088] 将BaCO3、Al(NO3)3·9H2O、Sr(NO3)2溶解于柠檬酸中得到溶液E；将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，搅拌12 h，得到溶液F；室温下，将溶液E和溶液F混合搅拌得到透明凝胶G；将凝胶G先在70°C下干燥30 h，再在150°C下干燥11 h，得到粉末H；将粉末H用行星球磨机球磨50 min，此过程重复7次，相邻两次时间间隔20 min，干燥后得到BaSrAlSiO粉末。

[0089] 其中，BaCO3、Al(NO3)3·9H2O、Sr(NO3)2、正硅酸乙酯、乙醇和柠檬酸的摩尔比为1∶2∶1∶1.2∶3∶3。

[0090] 步骤3 制备TiO2nws粉末

[0091] 将体积比为1∶2∶2的钛酸四丁酯与异丙醇以及摩尔浓度为0.08‑0.12mol/L的NaOH溶液混合，得到溶液I，再搅拌60 min 后移至 100 mL 反应釜中在170°C下进行水热反应13 h。自然冷却后，先用去离子水洗涤反应沉淀物，再用摩尔浓度为0.15 mol/L 的HCI溶液洗至 pH 接近7.5，过滤后将滤饼于70°C烘干，得到粉末J。将粉末J在空气中900 °C下煅烧2 h，得到TiO2nws粉末。

[0092] 步骤4制备Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws陶瓷

[0093] 称取2.0 g的Yb2Si2O7粉末、0.2g的TiO2nws粉末与0.6g的BaSrAlSiO粉末均匀混3
合，然后在15 MPa压力下，压制成型（冷压成尺寸为 35×15×4 mm的立方体）后在温度为
1500°C的空气中烧结1.5 h，得到不同BaSrAlSiO含量的Yb2Si2O7‑BaSrAlSiO/TiO2nws陶瓷。

[0094] 上述各实施例中步骤1‑3之间顺序可以调换，相互之间并没有明显的时序性。

[0095] 对于实施例2和实施例3制备的样品，本发明同样进行了性能检测，实施例3制备的样品具有较高的抗氧化性及较好的吸波能力，进一步印证本发明方案能够在恶劣环境中进行应用，具有很好的环境适应性。

[0096] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。