原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

Cite this article: Zhao E, Jia Y, Li Q, et al. High toughness and strong microwave absorption of layered Si₃N₄-SiC/BN ceramics loaded with different SiC content. Journal of Advanced Ceramics, 2026. https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221310

文章DOI：10.26599/JAC.2026.9221310

ResearchGate：High toughness and strong microwave absorption of layered Si₃N₄–SiC/BN ceramics loaded with different SiC content

基金支持：本文研究工作得到了国家自然科学基金项目（No. 52272064）的资助

一、导读

为应对日益复杂的电磁环境，开发兼具强吸收能力和结构可靠性的电磁波吸收材料具有重要意义。Si₃N₄-SiC陶瓷兼具结构陶瓷和功能陶瓷的特点，其中Si₃N₄具有高强度、耐高温、抗氧化和尺寸稳定性好等优势，可为材料提供可靠的力学承载基础；SiC具有较好的介电损耗能力，能够增强材料对电磁波的衰减作用，因此Si₃N₄-SiC体系在高温结构吸波材料领域具有较大应用潜力，被认为是极端服役环境下吸波材料的重要候选体系。然而，单一Si₃N₄-SiC陶瓷主要依赖SiC含量调控吸波性能，容易面临吸收频带窄、阻抗匹配不佳等问题。同时，陶瓷材料固有脆性较大，在冲击或复杂载荷作用下易发生破坏，限制了其在结构功能一体化领域的进一步应用。

针对上述问题，本研究提出了一种层状结构的Si₃N₄-SiC/BN吸波陶瓷设计策略。Si₃N₄-SiC基体层主要承担力学承载和电磁损耗作用。Si₃N₄为材料提供高强度和结构稳定性，SiC作为损耗相增强材料对电磁波的衰减能力。BN界面层兼具力学与吸波调控作用，其弱界面特征可在受力过程中诱导裂纹偏转、分叉和层间脱粘，提高材料的韧性；同时，BN层的引入可延长电磁波在层状结构中的传播路径，促进多层界面反射与能量耗散，进一步改善材料的吸波性能。实验结果表明，该层状陶瓷在保持优异力学性能的同时实现了强吸收，所有试样的弯曲强度均超过600 MPa，表观断裂韧性超过20 MPa·m^1/2；其中，30 wt.% SiC样品在X波段获得了−51.3 dB的最小反射损耗，有效吸收带宽为0.84 GHz。

进一步地，本研究突破了传统单一组分调控思路，提出“超层状”结构设计，将不同SiC含量层状陶瓷组合，协调材料的阻抗匹配特性与电磁损耗行为，从而拓展有效吸收带宽。模拟结果显示，由不同SiC含量层状陶瓷构成的双层超层状结构，可在X波段获得−34 dB的最小反射损耗和3.2 GHz的有效吸收带宽，显著拓展了吸收频带。该研究为高韧性、强吸收与宽频吸波性能的协同设计提供了新的结构调控思路，也为面向复杂电磁环境的结构功能一体化陶瓷材料开发提供了参考。

二、文章亮点

（1）提出了一种面向结构功能一体化的Si₃N₄-SiC/BN层状陶瓷设计策略，实现了力学与吸波性能的协同发展，使材料在保持较高弯曲强度和表观断裂韧性的同时获得良好吸波性能，为高韧性吸波陶瓷的结构设计提供了新思路。

（2）提出“超层状”结构设计思路，将不同介电特性的层状陶瓷单元组合，协调阻抗匹配与电磁损耗之间的关系，有效拓展吸收带宽，为宽频结构吸波陶瓷设计提供了新路径。

三、作者及研究团队简介

李权（通讯作者），南京工业大学副教授，硕士生导师，主要从事结构功能陶瓷及陶瓷基复合材料的一体化系统设计及制造、多孔功能陶瓷材料的设计、新型陶瓷基复合材料环境障碍涂层和热障涂层的制备和研究、聚合物转化陶瓷功能性能的研究以及陶瓷和复合材料的三维打印技术的研究。

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2025年发文量为202篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科34种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

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