树脂基陶瓷吸波材料专利技术分析.pdf

1、树脂基陶瓷吸波材料专利技术分析闫海超摘要：树脂基陶瓷吸波材料作为抵御或减少电磁辐射的材料，已成为当今科学研究领域的一个热点，本文通过对树脂基陶瓷吸波材料的专利申请进行分析发现，相关的专利申请主要涉及将吸波剂与树脂基体进行混合制备吸波材料，以及对于结构造型的改进以增强吸收电磁波、微波的能力。关键词：树脂基陶瓷吸波;专利;技术分析一、吸波材料的整体发展概况自从人类发明电磁波以来，其在各个领域均有广泛的应用，如通信领域、道路的导航、无线电视信号的传播，以及家电如电磁炉、微波炉，包括在军事方面如信息战、电磁武器等，然而电磁波在给人类带来诸多便利的同时，也给人类带来了很多的困扰，如电磁波的使用会导致人体

2、健康的损害，对设备如医疗设备、电话等也会造成影响。由此，为了消除电磁波对于设备、环境、人体以及其他生命体的影响，吸波材料应运而生。吸波材料是指能够吸收投射到材料表面的电磁波信号，并通过材料内部的介质损耗将电磁波转化为热能或其他形式的能量耗散的材料。吸波材料按其成型工艺和承载能力可分为两种类型：结构型吸波材料和涂覆型吸波材料。涂覆型吸波材料通常的制备工艺是将吸波剂加入基体中，当电磁波投射到材料表面上时，吸波材料会将电磁波吸收掉，从而减少被保护部件对电磁波的反射。结构型吸波材料相比涂覆型吸波材料，具有更高的吸收效率、更宽的吸波频带以及更好的力学性能，同时具有良好的可设计性。通常对于吸波材料，其吸波

3、性能由基体以及吸波剂共同作用而成，以树脂为基体陶瓷为吸波体的吸波材料是一个重要的技术分支。树脂型胶粘剂主要有：聚酯、聚氨酯、酚醛树脂和环氧树脂等，上述胶黏剂具有较好的粘结力，其能够将材料粘结在一起从而成型得到具有一定的物理机械性能、耐介质性能、低温固化性能、保光保色性能和耐候性能，同时上述材料通常具有一定的韧性、刚性，根据应用领域的不同结合性能的需要（如粘度、硬度）可以选择不同的树脂基体从而获得满足使用需求的吸波材料。陶瓷类吸波材料目前国内外研制开发的主要有碳化硅、氮化硅、氧化铝、硼硅酸铝材料或纤维等，特别是碳化硅纤维或材料。二、专利技术分析为了更好地了解树脂基陶瓷吸波材料相关技术专利申请情况

4、，本文作者选择中文库中国专利文摘数据库（cNABs），外文库德温特世界专利索引（DWPI）数据库。通过计量排序、可视化聚类、引证统计等分析方法，揭示了树脂基陶瓷吸波材料的发展现状和趋势，检索时间截止到 2017 年 7 月 1 日。（一）全球专利申请量趋势分析1974 年，日本出现了第一份有关利用陶瓷作为吸波剂、树脂作为基底的专利申请 JPS4911120A，并揭示了其在陶瓷材料作为吸波剂在吸波领域中的应用，自此宣告了该项技术的从无到有。随后几年日本、美国、欧洲等就陶瓷材料在吸波领域的应用进行一些系列申请，而中国自 1993 年才在该领域有了第一份专利申请 CNl075972A，且在 2000

5、 年之前只有 3 份相关申请。在 1996 年之后该领域的申请量呈现增长的态势，直至 2006-2013 年间年申请量趋于稳定，并维持在一个较高的水平，说明该项技术进入了一个平稳的发展期。值得注意的是，申请日为 2015-2016 年的专利申请量与平稳发展期相比呈现一定的上升趋势，说明该领域在近些年来的研究又有了升温的趋势。（二）国内外专利申请量趋势对比国外的专利申请从 1974 年开始，逐渐步入快速发展期，直到 2004 年年申请量达到顶峰，并在之后的几年一直维持在年申请量 10-15 件的水平上，说明发展进入了平稳期，2014 年开始，国外在该领域的研究呈现减退的趋势，这与他们开始着力在碳

6、系、导电高分子等材料作为吸波剂的研究有关。与国外技术的发展所不同的是，中国直到 1993 年才出现了该领域的专利申请，而且每年的申请量并不大，可见我国在树脂基陶瓷吸波材料领域的研究与国外相比起步较晚，但是自 2004 年开始，我国的专利呈现直线上升趋势，说明我国在该领域也有了较大的投入。（三）树脂基陶瓷吸波剂分析陶瓷基吸波材料的吸波剂研究主要有碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、钛酸钡、粘土、陶瓷粉等种类，一般可根据吸波材料的应用条件和吸波性能的要求，选择不同的吸波剂。在树脂基陶瓷吸波材料领域中，吸波剂的研究热点主要在氮化硅上，其占比达到 28.9%，这是因为相对其他氧化物陶瓷基体，氮化硅化学性质

7、稳定性高，高温稳定性好，可确保吸波材料性能在高温下的温度性，是较为理想的高温吸波材料。且将碳化硅做成特定结构，诸如泡沫型碳化硅，还具有相互贯通的网状空间结构，磁场可以在陶瓷骨架表面产生电流，电流转变为热或电阻损失，该泡沫碳化硅陶瓷具有像人造磁铁一样吸收、利用电磁波的性能，对电磁波、微波辐射具有明显的反射、散射及干涉，具有良好的吸收特性。如 CN101174720A专利申请中，申请人利用 10-40%的碳化硅纤维和 60-90%树脂的树脂制备的共振和反共振电磁复合材料具有较好的微波吸收性能。其次，是陶瓷粉的研究占比23.2%，然后依次是钛酸钡、粘土、氧化铝、氮化铝等。陶瓷基树脂吸波材料中三种重要

8、的吸波剂 SiC、陶瓷粉、钛酸钡的专利申请量趋势类似，其中 SiC 和陶瓷粉一直是研究的热点，在 2013-2016 年间的专利申请量保持在 9-10 件，而陶瓷粉的申请量也保持在 2-7 件之间。（四）树脂基陶瓷吸波材料树脂基质分析将陶瓷类吸波剂做成一定的形状或者涂覆在基体上达到吸波的目的，需要用到具有粘合性能的基质作为载体，最常用的树脂类基体主要包括以下几种：环氧树脂类、聚氨酯类、丙烯酸类、酚醛树脂类、聚乙烯类等。在指明了需要具体树脂作为吸波剂的基质的专利申请中，环氧树脂的使用頻率最高达到 32.4%，主要是由于环氧树脂的加工性能和金属或对非金属表面的粘接强度较好，且加工成型后的硬度高，柔

9、韧性较好，粘附成型性能相对其他树脂而言也是更优异的。其次应用较多的树脂是聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂等，也有一部分专利申请中使用其他种类的，如 ABS 树脂、醇酸树脂、己内胺树脂等，但相关的专利申请相对而言还是偏少。（五）树脂基陶瓷吸波材料应用领域分析吸波材料的应用领域包括军用领域，如主要涉及武器装备，为消除武器装备的暴露症候，实现其隐身性能;民用领域主要涉及对人体有伤害的电磁波、微波等辐射的吸收，具体涉及手机辐射、电器微波辐射等，以及抑制电子器件之间的电磁干扰。还有一部分专利申请主要基于理论研究实现电磁波的屏蔽以及电磁波的吸收。树脂基陶瓷吸波材料的应用领域主要集中在民用领域，其占比达到

10、36.2%，该应用领域的申请人较多，很多企业和高校均有涉及。而军用领域的申请人主要为一些高校和一些大型企业和研究所，申请量占比 19%。未指明具体的应用领域，只是制备出一种吸收性能较好的吸波材料申请量较大，达到 28.9%。还有一部分专利申请的吸波材料既可以应用在军用领域也可以应用在民用领域。民用领域中，临沂中瑞防辐射科技有限公司申请的专利 CN205368865U，公开了一种电磁屏蔽防辐射布，该防辐射布包括基底层、吸波层和金属离子膜层;吸波层位于基底层上方，金属离子膜层设于吸波层的上方，基底层的下方还设有透明耐磨层，金属离子膜层的上方还设有复合纳米抗菌层，吸波层为聚氨酯、纳米碳化硅、玄武岩纤

11、维，按照 1：0.2：0.05 的比例混合制成的涂料，涂料厚度为 0.05-0.2mm。该电磁屏蔽防辐射布在金属离子膜层和吸波层双重作用下，屏蔽效能高，在 10MHz-40GHz 范围内拥有较高的屏蔽效能，屏蔽效能可以达到80dB 以上，同时由于该布还设有透明耐磨层和复合纳米抗菌层，其耐磨性好，抗菌效果好，安全系数更高，该电磁屏蔽布广泛应用在计算机、微波、防静电、防爆等专业人员劳动保护服装、孕妇服装，可以避免电磁波对人体造成伤害，对人体进行有效的保护。在军用领域，如中物功能材料研究院有限公司申请的专利 CNl05643997A，公开了一种具有雷达隐身功能的方舱及其制备方法中，公开了利用将纤维增

12、强树脂基材料和吸波材料碳化硅复合纤维制备成片材，再将片材制备成蜂窝芯，然后再将吸波材料中与其他板材进行加压定型得到具有雷达隐身功能的方舱大板，可以有效降低其雷达散射截面积，提高武器装备的隐身性能，减少装备被发现、被识别的概率，增强武器装备的生存能力。理论研究领域，如上海硅酸盐研究所的专利申请 CNl793039A 公开了一种碳化硅一碳微波吸收复合材料及其制备方法，利用 SiC 为吸波剂再加入酚醛树脂作为粘结剂，烘干后研磨，最后在 Ar 保护下进行烧结后，获得复合粉料，22.8610.1612mm3的该吸波材料在 x 波段内的采用波导法测定的最大微波衰减值达到-40db（分贝），该复合吸波陶瓷材料在微波使用领域最为广泛的 x 波段（8-12GHz）内具有良好吸波性能。三、结语树脂基陶瓷吸波材料作为抵御或减少电磁辐射的材料，已成為当今科学研究领域的一个热点，树脂基陶瓷吸波材料的专利申请主要涉及将吸波剂与树脂基体进行混合制备吸波材料，以及对于结构造型的改进以增强吸收电磁波、微波的能力。