热压烧结SiCN陶瓷的介电和吸波性能

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0934

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (4): 1324-1334.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0934

热压烧结SiCN陶瓷的介电和吸波性能

刘宏瑞¹^,²(), 马登浩², 陈科³, 程业红⁴, 王洪磊¹(), 余金山¹, 周新贵¹()

^1.国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料全国重点实验室，长沙 410073
^2.航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术重点实验室，北京 100076
^3.河北工业大学材料科学与工程学院，天津 300401
^4.河北工业大学机械工程学院，天津 300401

收稿日期:2025-09-19 修订日期:2025-10-03 出版日期:2026-04-20 发布日期:2026-05-14
通信作者: 王洪磊，博士，副教授。E-mail：honglei.wang@163.com;
周新贵，博士，教授。E-mail：zhouxinguilmy@163.com
作者简介:刘宏瑞（1987—），男，博士研究生。主要从事陶瓷基复合材料方面的研究。E-mail：liu_hongrui@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(52272100);天津市科技计划项目(23YDTPJC00970)

Dielectric Property and Microwave Absorption Performance of Hot-Pressing Sintering SiCN Ceramics

LIU Hongrui¹^,²(), MA Denghao², CHEN Ke³, CHENG Yehong⁴, WANG Honglei¹(), YU Jinshan¹, ZHOU Xingui¹()

^1.State Key Laboratory of New Ceramic Fibers and Composites，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China
^2.Key Laboratory of Advanced Functional Composites Technology，Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology，Beijing 100076，China
^3.School of Materials Science and Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China
^4.School of Mechanical Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China

Received:2025-09-19 Revised:2025-10-03 Published:2026-04-20 Online:2026-05-14

摘要/Abstract

摘要：

SiCN陶瓷具有低密度、出色的高温稳定性与可调的介电特性，是满足高速飞行器对轻质、耐高温、高效吸波迫切需求的关键材料体系之一，但阻抗失配是制约其吸波性能进一步提升的瓶颈，其中，热处理温度通过改变材料物相组成与微观结构，成为调控SiCN陶瓷阻抗匹配特性的关键因素。因此，本文通过调控热处理温度优化SiCN陶瓷的介电特性和吸波性能，采用先驱体预裂解结合热压烧结工艺在不同温度下制备了SiCN陶瓷样品，通过波导法准确测量陶瓷样品的复介电常数。结果表明，1 300 ℃热压烧结制备的SiCN陶瓷具有适宜的复介电常数和阻抗匹配特性，在X波段和Ku波段表现出优异的吸波性能，有效吸收带宽分别达到2.86和4.42 GHz。1 400 ℃热压烧结制备的SiCN陶瓷的石墨化程度提高、复介电常数过高引发阻抗失配，导致表面反射加剧、吸波性能下降。

关键词: SiCN陶瓷, 热压烧结温度, 阻抗匹配, 介电性能, 雷达散射截面, 吸波性能

Abstract:

SiCN ceramics are recognized as a pivotal material system for meeting the urgent demand for lightweight， high-temperature resistant， and highly efficient microwave absorption in high-speed aircraft， owing to their low densities， exceptional thermal stability， and tunable dielectric properties. However， impedance mismatching remains a critical bottleneck restricting the further enhancement of their microwave absorption performance. Among various factors， heat-treatment temperature plays a key role in tailoring the impedance matching characteristics by modifying the phase composition and microstructure of SiCN ceramics. To address these， this work optimized the dielectric property and microwave absorption performance of SiCN ceramics by controlling the sintering temperature and fabricated SiCN ceramic specimens via a precursor pre-pyrolysis approach followed by hot-pressing sintering process at different temperatures. The complex permittivity of ceramic specimens was accurately characterized using the waveguide method. The results show that the SiCN ceramics prepared by hot-pressing sintering at 1 300 ℃ exhibits well-balanced dielectric properties and favorable impedance matching， leading to outstanding microwave absorption performance in both X-band and Ku-band， with effective absorption bandwidths reaching 2.86 and 4.42 GHz， respectively. The SiCN ceramics prepared by hot-pressing sintering at 1 400 ℃ exhibits a higher degree of graphitization and an excessively high complex permittivity， which causes impedance mismatching， leading to increased surface reflection and a decline in microwave absorption performance.

Key words: SiCN ceramics, hot-pressing sintering temperature, impedance matching, dielectric property, radar cross section, microwave absorption performance

中图分类号:

TB332

刘宏瑞, 马登浩, 陈科, 程业红, 王洪磊, 余金山, 周新贵. 热压烧结SiCN陶瓷的介电和吸波性能[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(4): 1324-1334.

LIU Hongrui, MA Denghao, CHEN Ke, CHENG Yehong, WANG Honglei, YU Jinshan, ZHOU Xingui. Dielectric Property and Microwave Absorption Performance of Hot-Pressing Sintering SiCN Ceramics[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(4): 1324-1334.

图/表 14

图1 PSZ的TG-DSC曲线

Fig.1 TG-DSC curves of PSZ

图2 不同温度热处理后PSZ的FT-IR谱

Fig.2 FT-IR spectra of PSZ after heat treatment at different temperatures

图3 不同热压烧结温度下SiCN陶瓷的XRD谱

Fig.3 XRD patterns of SiCN ceramics under different hot-pressing sintering temperatures

图4 SiCN-1300与SiCN-1400的表面微观形貌和元素分布

Fig.4 Surface microstructure and elemental distribution of SiCN-1300 and SiCN-1400

图5 SiCN-1300和SiCN-1400的拉曼光谱

Fig.5 Raman spectra of SiCN-1300 and SiCN-1400

图6 SiCN-1300和SiCN-1400在X波段和Ku波段的复介电常数实部和虚部

Fig.6 Real and imaginary parts of complex permittivity of SiCN-1300 and SiCN-1400 in X-band and Ku-band

图7 SiCN-1300和SiCN-1400的Cole-Cole曲线

Fig.7 Cole-Cole curves of SiCN-1300 and SiCN-1400

图8 SiCN-1300和SiCN-1400在Ku波段的极化损耗和电导损耗拟合曲线

Fig.8 Polarization loss and conductivity loss fitting curves of SiCN-1300 and SiCN-1400 in Ku-band

图9 SiCN-1300和SiCN-1400在X波段和Ku波段的介电损耗正切值

Fig.9 tan δ value of SiCN-1300 and SiCN-1400 in X-band and Ku-band

图10 SiCN-1300和SiCN-1400在X波段和Ku波段的α值

Fig.10 α value of SiCN-1300 and SiCN-1400 in X-band and Ku-band

图11 SiCN-1300和SiCN-1400在X波段和Ku波段的阻抗匹配三维曲线

Fig.11 Impedance matching 3D curves of SiCN-1300 and SiCN-1400 in X-band and Ku-band

图12 SiCN-1300和SiCN-1400在X波段和Ku波段的反射损耗3D曲线

Fig.12 Reflection loss 3D curves of SiCN-1300 and SiCN-1400 in X-band and Ku-band

图13 PEC、SiCN-1300和SiCN-1400的3D雷达散射信号及RCS仿真曲线

Fig.13 3D radar scattering signals and RCS simulation curves of PEC， SiCN-1300， and SiCN-1400

图14 SiCN陶瓷及其复合材料在不同厚度下的有效吸收带宽对比图

Fig.14 Comparison chart of EAB for SiCN ceramics and composites at different thicknesses

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Dielectric Property and Microwave Absorption Performance of Hot-Pressing Sintering SiCN Ceramics

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