【碳化硅】南昌航大:强韧 + 隐身双功能碳化硅陶瓷

在先进航空航天工程领域，材料长期面临一个关键矛盾：要么具备优异结构强度，以承受极端高温和高压；要么具备功能特性，例如吸收电磁波以实现隐身性能。然而，将两者兼顾一直十分困难。通常，电磁波吸收材料需要多孔结构，但这会降低强度和韧性；而致密且高强度的陶瓷则更容易反射电磁波，而非吸收。

近日，由南昌航空大学材料科学与工程学院研究团队主导的一项研究，提出了一种可规模化实现结构与功能兼顾的新策略。研究人员开发出一种新型碳化硅陶瓷复合材料，在显著提升力学性能的同时，还具备优异的电磁波吸收能力。

双功能碳化硅陶瓷的制备流程

目前，相关成果已发表在Journal of Advanced Ceramics期刊上，原文链接：

https://www.sciopen.com/article/10.26599/JAC.2025.9221234

该研究的核心在于构建双相碳化硅基体与复合增强相协同作用的结构体系，其中增强相主要由多层氮化硼纳米片（MBNS）组成。氮化硼具有优异的热稳定性，但高质量纳米片的规模化制备一直是技术难点。研究团队采用基于三辊研磨的“保护性剥离”方法，实现了高完整性氮化硼纳米片的高效批量制备，并通过优化烧结工艺，将其引入双相SiC陶瓷基体中，从而构建新的复合结构。

研究团队指出，结构强度与电磁功能之间的权衡长期制约着极端环境隐身材料的发展，因此本研究通过微结构设计，使材料既能承受机械载荷，又能有效耗散电磁能量。

实验结果表明，该优化复合材料DS@MBNS的力学性能显著提升：抗弯强度达到477MPa，较传统SiC陶瓷提高94.5%；断裂韧性达到6.02MPa·m^1/2，提升接近50%。这种增强效应来源于纳米片的微观增强机制：当裂纹在陶瓷内部扩展时，横向分布的氮化硼纳米片能够使裂纹偏转并形成桥接结构，从而分散应力并阻止裂纹快速扩展，提高材料抗断裂能力。

DS@MBNS复合材料的断裂形貌和增韧机制

与此同时，该材料还展现出优异的电磁波吸收性能。这主要得益于其特殊的多相结构体系：半导体SiC基体、介电氮化硼纳米片，以及烧结过程中形成的导电硅化镍（Ni₂Si）共同构建了复杂的电磁耗散网络。这种结构可在材料内部形成多个电磁能量耗散界面，使入射电磁波通过多重反射、界面极化和导电损耗等机制逐步衰减。

测试结果显示，在厚度为1.22mm时，该复合材料的最小反射损耗达到-52.59dB；在1.09mm厚度下，实现了对Ku波段的全覆盖吸收，有效吸收带宽达到5.6GHz。这表明该材料能够在卫星通信和雷达系统关键频段内吸收绝大部分入射电磁波。

复合陶瓷的电磁波吸收性能

研究团队认为，这种通过多相协同构建电磁耗散网络的设计，使材料无需依赖削弱结构强度的多孔结构，也能实现高效电磁波吸收，从而突破了传统结构材料与功能材料之间的性能矛盾。有望应用于航空发动机叶片、喷管内衬以及高温防护结构等关键部件，使其在高温、高应力环境下保持结构稳定的同时，兼具电磁隐身能力。

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