碳纤维吸波材料的研究进展_吴红焕
碳纤维吸波材料的研究进展
吴红焕,王晓艳,张 玲,朱冬梅,周万城
(西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072)
摘要 通过对碳纤维在复合材料中吸波性能的研究,得出通过控制碳纤维的长度和含量,以及采用化学掺杂或异型截面是得到频带宽、厚度薄、质量轻、吸收强结构吸波材料的有效方法,同时大力开展螺旋碳纤维和碳纳米管的研究是加快进展的新方向。
关键词 碳纤维 吸波材料 碳纳米管 化学掺杂
中图分类号:TQ342+.742 文献标识码:A
Present Development of Absorbing Composites Containing C arbon Fibers WU Honghuan,WAN G Xiaoyan,ZHAN G Ling,ZHU Dongmei,ZHOU Wancheng (State Key Laboratory of Solidification Processing,Northwestern Polytechnical University,Xi’an710072)
Abstract The characteristic and transforming methods of short carbon fibers are discussed in this paper,in2 cluding additive lengths,contents,adulteration and non2circular section.Controlling the length and content of carbon fibers and exploiting adulteration and non2circular section are effective methods to get“wide,thin,light,strong”structure absorbing materials.At the same time,coiled carbon fibers and carbon nano2pipes are the new direction to ac2 celerate development.
K ey w ords carbon fiber,absorbing material,CN Ts,chemical adulteration
0 前言
雷达吸波材料是指能吸收、衰减入射的电磁波,并将电磁能转换成热能而耗散掉,或使电磁波因干涉相消的一类材料。它由吸收剂与能透过雷达波的基体材料复合而成,经历了由单一纤维到混杂纤维、由次承力件到主承力件、由热固性树脂到热塑性树脂的发展过程[1～3]。除一般的吸波材料外,隐身用的特种碳纤维是制造吸波材料的关键。碳纤维结构吸波材料具有承载和减少雷达比反射面的双重功能,是功能与结构一体化的优良微波吸收材料。与其它吸波材料相比,它不仅具有硬度高、高温强度大、热膨胀系数小、热传导率高、耐蚀、抗氧化等特点,还具有质轻、吸收频带宽的优点。通过研究碳纤维的吸波性能和吸波机理,并对纤维吸收剂进行改性和结构设计,研制出高性能的碳纤维复合材料是现在研究的热点课题[4,5]。但目前国内对碳纤维吸波材料的理论研究与实际应用之间仍存在一定差距,亟需进一步突破。由于连续碳纤维对雷达波易产生强反射作用,而短切碳纤维在材料中随机分布,改善了这方面的性能,对雷达波有较好的吸收性能。本文从短切碳纤维的吸波性能出发,总结了碳纤维的吸波特性及改性措施。
1 短切碳纤维的吸波机理及影响因素
1.1 短切碳纤维的吸波性能及频响机理
连续碳纤维对雷达波产生强反射作用,主要是因为电磁场在碳纤维中形成了较大的连续传导电流。而短碳纤维在基体当中的吸波机理目前基本存在两种解释[6],一是认为短切碳纤维在吸波材料中起半波谐振子的作用。在短切碳纤维的近区存在似稳感应场,此感应场激起耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而使雷达波能量转换为其他形式的能量,主要为热能。另一说法认为在含短切碳纤维的吸波材料中,可以把短切碳纤维作为偶极子。短切碳纤维偶极子在电磁场的作用下会产生极化耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而使雷达波能量转换为其它形式的能量。
碳纤维吸波材料是一种介电型吸波材料,与磁性吸收剂相比,介电常数控制是吸收剂研究的重点和难点,而介电常数频散效应的控制则是宽频带吸收所必须追求的目标。因此,研究碳纤维吸波材料频响效应的机理至关重要。频响效应就是随着频率的增加,介电参数的实部、虚部下降,损耗增加的现象。其本质是在频率变化的过程中,电极化出现了极化的惯性或滞后性,以至于在不同频率电场中极化来不及响应电场的变化而出现的现象。根据电磁波理论,随着频率的增加,当电磁波在碳纤维导体表面产生涡流时,在导线截面上的电流分布将越来越向导线表面集中,即产生趋肤效应现象。趋肤效应越明显,产生的涡流损耗越相应地增加,从而导致电磁波的消耗。电磁波在碳纤维之间传播时,除了涡流损耗外,在每束碳纤维之间的部分电磁波还会经散射发生类似相位对消现象引起损耗增加[7]。
1.2 添加最佳长度和含量的探索
邢丽英等[8]研究了掺混短碳纤维的复合材料在电磁波作用下某些宏观物理量的响应特性。结果表明,调整纤维长度及含量可在很宽范围内改变材料的电磁参数与衰减量;不同长度的短碳纤维在介质中的最佳填充量不同,当纤维的长度接近传输
吴红焕:女,1982年生,硕士,主要从事碳纤维结构吸波材料研究 Tel:029********* E2mail:whh—8278@https://www.wendangku.net/doc/067856541.html,
波长的1/2时可对电磁波起到较大衰减作用。赵乃勤等[9]对碳毡的研究表明,碳毡含量对吸波性能的影响存在一个最佳值。碳毡含量太少时,造成了基体内部导电通道的不连续,削弱了材料产生涡流损耗的能力;含量太高时,显示出强反射特征;并由此制备出碳毡最佳含量为0.27wt%时,材料的吸波性能最佳,最大吸收峰值达到-36.2dB,反射衰减几乎全部在-10dB以下(即吸收率大于90%)。西北工业大学[10]也系统地研究了8～12GHz下碳纤维含量、纤维长度(0.5～7mm)对树脂基复合材料微波介电参数的影响,发现碳纤维的长度和分散状态对复合材料的介电性能有重要影响,3～4mm碳纤维复合体的介电常数值及损耗最大。同时也研究了碳纤维含量在0.5%～3%范围内对介电参数值的影响,结果发现,4mm以下的碳纤维复合体介电性能有一定的规律性,随着碳纤维含量增加,介电参数值及损耗增大,得出碳纤维在树脂基复合材料中的最佳填充量在3%以上;4mm以上碳纤维复合体的介电参数无明显规律。甘永学等[11]研究表明,随着碳纤维含量的增加,复合吸收剂介电常数的实虚部均增大;而当导电纤维含量增加到一定值后,介电常数值有所降低。因此在复合材料设计中应该寻找这一最佳含量以达到电磁参数和衰减损耗的最优化。
1.3 获得优良吸波性能的探索方法
1.3.1 化学掺杂及表面改性
碳纤维是一种电阻率很低的电损耗吸波材料,电磁波入射到纤维的表面被反射出来,不能直接用于吸波涂层,所以应对其进行表面金属化处理或化学掺杂以改善电磁导率,使其成为电磁损耗型吸波纤维。高文等[12]研究了在碳纤维表面共沉积SiC 涂层对碳纤维复合材料微波性能的影响,研究表明:SiC涂层对纤维的电磁参数影响很大,可在一定程度上使其复合材料的介电常数和介电损耗角正切值减小,吸收率增加,沉积产物主要是β2SiC晶体,是SiC纤维的晶型。马铁军[13]以碳毡为骨架,通过沉积镍或镍铁合金,可获得具有良好吸波性能的结构吸波材料;碳毡经镀镍铁合金后制备的复合材料,在9GHz和17GHz出现了两个反射衰减峰,这对拓宽吸波材料的频带宽度具有指导性参考价值。黄小忠等[14]用溶胶2凝胶技术在碳纤维表面涂覆BaFe12O19型铁氧体,制得具有磁性涂层的连续碳纤维。该碳纤维具有独特的电磁性能,沿轴向磁化时,可以获得较大的μ与ε。曾祥云等[15]研究了碳纤维布镀镍吸波材料的吸波性能后发现,碳纤维布适量镀镍后有较好的吸波性能,随着镍含量的增加,吸波性能有一极大值,而且镀镍碳纤维布在KU波段的吸波性能优于X波段。王海泉[16]利用化学气相沉积法在碳纤维表面沉积TiC,结果表明这种复合材料对频率为2GHz左右的电磁波有很强的吸收性能,且明显高于传统的吸收剂SiC、铁氧体;TiC/C复合纤维制成的吸波板在15～35GHz频段内也具有良好的电磁波吸收性能,有效带宽超过5GHz,最大吸收峰达到-15dB。孟辉等[17]研究了镀镍的碳纤维与羰基铁粉混合制备的涂层,结果表明,其可起到减小一定面密度的效果,单独使用羰基铁粉的涂层的面密度为3.5kg/m2,而碳纤维/羰基铁粉涂层面密度则为3.2g/m2,同时反射率小于-5dB的频宽明显加宽,且向低频移动。
1.3.2 碳纤维的排布方式及吸波机理
纤维取向不同而导致的各向异性在电性能上表现较为突出,因此碳纤维在复合体中的排布方式尤为重要。沿纤维轴向,由于电流沿纤维长度方向流动具有很大的导电率;沿纤维径向,则由于电流不能洞穿纤维间的空隙而只能在横截面上流动,其导电率要小得多。所以不同的纤维排布方式会对纤维吸波效果产生差异。王晓红等[18]研究了不同铺层方式碳纤维复合材料的微波反射特性,结果表明,单向纤维铺层中,随着纤维与电场方向的夹角增大,材料的反射系数降低,纤维与入射电场方向的夹角绝对值是90°时反射系数最小。郭伟凯[19]的研究表明:垂直排布方式制得的碳纤维/环氧树脂复合吸波材料的吸波性能呈各向同性,其吸波性能优于碳纤维平行和正交排布方式下制得的吸波材料性能;碳纤维间距为偶数的吸波性能优于间距为奇数的;间距成倍数关系时,它们的反射衰减曲线趋势一致。赵东林等[20]也研究了2～18GHz碳纤维间距、排布方式对材料吸波性能的影响,结果发现垂直平行交替排布的吸波性能优于单纯垂直排布和平行排布,在8～18GHz电磁波吸收率高于90%,而厚度仅为4mm,达到实际应用的水平。另外,垂直排布时在高频段的吸波性能有继续增大的趋势,是一种可在厘米波段甚至毫米波段性能优异的吸收剂。赵乃勤等[9]也研究了碳纤维单向排布时材料吸波性能与纤维之间的距离及纤维含量的关系,实验在间距为8mm,1000根/束的条件下,得到了-24.7dB 的反射衰减,有效带宽为3GHz。表明间距不同,材料的最大吸收峰值的位置不同。随着碳纤维间距的减小,最大吸收峰位置向高频方向移动;含量增加后,材料的最大吸收峰值下降。邹田春[21]也分别研究了平行和正交排布碳纤维复合材料的微波吸收特性,结果表明:碳纤维平行排布吸波材料只在入射电场方向与纤维排布方向平行时才具有吸波性能;随纤维间距的缩短,其反射衰减曲线的最大吸收峰向高频方向移动;纤维支数增大,吸波性能增强;正交排布碳纤维的吸波性能与纤维的间距密切相关。当纤维间距为8mm时,可获得有效带宽4.7GHz、最大吸收峰值-21.6dB的反射衰减。
1.3.3 异型截面纤维的吸波特性
异形截面碳纤维除具有优异的力学性能外,还具有某些特殊光电磁功能。改变碳纤维的截面形状和大小,对吸收雷达波的影响十分显著。美国、日本在异形截面碳纤维研制中处于领先地位。美国的F2117、B22和F222隐身飞机都大量使用了这种异形截面碳纤维,具有优异的“隐身”性能。文献[22]报道的异型截面有:角锥形、三角形、U形、W形、Y形、箭形、中空三角形等。美国把碳纤维与很多树脂的复丝或单丝混杂编制的复合材料,就像微波暗室结构一样,有许多微小的角锥,具有良好的吸波性能。美国Clementon大学的先进工程纤维中心对异形截面沥青基碳纤维进行了详细研究[23,24],发现异形截面碳纤维可以承受较大压应力和纤维特有转动惯量。何燕飞等[25]制备了角锥高1.5cm、底座高0.35cm、尖顶角45°的碳纤维和磁性微粉复合的小尺寸角锥型吸波材料,其具有良好的吸波性能,材料在2～18GHz频率范围内的反射率在-10dB以下,3.72GHz处峰值反射率达-20.86dB。北京化工大学[20]也开展了异形截面碳纤维的研究,并成功制备出力学性能优异的异形截面中间相沥青基碳纤维,对其微波电磁特性进行了初步研究。结果表明,这种碳纤维不仅具有较高的介电损耗,而且还具有较高的磁损耗,是一种非常有潜力的吸波碳纤维。
异型碳纤维的吸波机理是:用这种非圆形特种碳纤维与其他纤维混杂编织成三向织物,就像微波暗室结构一样,具有许多
微小的角锥,使反射的雷达波产生散射,经多次散射作用以后,雷达波被吸收掉,从而获得良好的吸波性能。
2 碳纤维的研究新动态
2.1 螺旋碳纤维
纳米螺旋碳纤维是一种新型碳材料,具有大比表面积、螺旋状结构、较高的导电性及介电常数,从而增加了对电磁波的散射和吸收能力,可用于微波吸收材料、电磁屏蔽材料和超强复合材料的制备[26,27]。青岛科技大学[28]利用在铁片试样上化学镀镍铁合金涂层的工艺在纳米螺旋碳纤维表面沉积出Ni2Fe2P的连续、均匀合金涂层。
美国、日本以及一些欧洲国家在这方面开展了许多研究工作,其中S.Motojima[24]教授用气相法制备出螺旋形碳纤维,并详细研究了不同尺寸螺旋形碳纤维的吸波性能,而且通过改变螺旋形碳纤维的尺寸使吸收峰移动。崔作林[29]也研究了螺旋形导电碳纤维的吸波性能,厚度为1.4mm、面密度为1.5kg/m2时,对12～18GHz波的吸收率均低于-7dB,最大为-10.15 dB;用一定尺寸的导电螺旋碳纤维与纳米粒子制备的8mm微波复合吸收剂涂料,在其面密度为1.5kg/m2、厚度小于1mm 时,在30～40GHz范围内吸收最低为12dB,最大吸收可达20dB。赵东林等[30]用催化裂解基板法成功地制备了螺旋形导电磁纤维,并研究了它的微波电磁性能,结果表明,导电螺旋手征碳纤维具有比较高的电磁损耗。
2.2 碳纳米管
碳纳米管(简称CN Ts)是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝、中空的一维纳米级管,具有特殊的螺旋结构、手征性和特殊的电磁效应,对微波和红外都表现出较强的宽带吸收性能,而且具有密度小、高温抗氧化、介电性能可调、稳定性好等优点。廖宇涛等[31]研究了以CN Ts为主要吸波剂的材料的电磁参数及吸波性能,结果表明,在2～18GHz范围内,当吸波层厚度为1mm时,20～40nm的碳管复合物10dB以上频宽可以达到7GHz,最大损耗峰出现在12.4GHz,对应值为16.52dB。赵世坤[32]在氮化硅陶瓷中加入CN Ts,结果表明,其增加了氮化硅陶瓷的韧性,并能显著降低烧结温度。另外,CN Ts具有超强的力学性能可以极大改善聚合物复合材料的强度和韧性,实现组元材料的优势互补和加强,独特的光电性能可以赋予聚合物复合材料新的光电性能[33]。
经过碳管外磁性金属包覆或者管内铁磁性材料的掺杂可形成碳管2磁性链复合物,既具有铁磁性,又具有导电性,可实现通过电损耗和磁损耗雷达波,增强吸收性能。汪洁洋[34]对CN Ts 表面镀镍后,吸收峰有宽化现象。
3 存在的问题与展望
目前国内外都在竟相开发高性能隐身材料和各种新型吸波吸收剂材料,研究其吸收机理。窄频的、单一的微波材料已很难应对各中探测手段,多频谱、多功能、智能型、具备环境适应性的各种新型隐身材料的设计与制备技术将成为重点。通过对碳纤维复合材料的研究表明:碳纤维的含量、间距、粗细及排布方式都会影响其在复合材料中的吸波性能,可通过对碳纤维进行表面化学改性和掺杂改性,在不同程度上调整纤维的电磁性能从而改善吸收性能,同时通过控制碳纤维的长度和含量、采用异型截面和研究螺旋碳纤维和碳纳米管的发展将是获得多频谱、多功能吸波材料的有效途径。
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部氧化刻蚀使纤维强度迅速下降;随着氧化继续进行,原始缺陷区域及整个炭纤维表面被氧化刻蚀趋于光滑,表面缺陷减少,因此强度又逐渐增加直到趋于稳定值。电化学氧化时存在尖锐点与缺陷部位同时氧化,因此纤维强度下降没有液相氧化明显。TX23纤维与H TA纤维的原始表面不同,TX23纤维的原始表面缺陷比H TA纤维多,液相氧化处理初期因局部氧化更快而使抗拉强度下降更明显。炭纤维表面电化学氧化处理时,电解质的浓度和氧化电流对炭纤维的抗拉强度和弹性模量有显著影响,而氧化时间对炭纤维力学性能的影响不显著。
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红外透波材料的研究发展
红外透波材料的研究发展 摘要：红外透波材料是指对红外线透过率高的材料，是红外技术的应用基础之一。本文介绍了几类常用红外透过材料的基本性质，简述了其制备技术及发展现状，并讨论了各自存在问题，并对红外透波材料未来发展进行了展望。 关键词：红外透波材料；玻璃；晶体；陶瓷；制备技术 1引言 目前，红外技术与激光技术并驾齐驱，在军事上占有举足轻重的地位。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段。在二十世纪70年代以后，军事红外技术又逐步向民用部门转化。标志红外技术最新成就的红外热成像技术，与雷达、电视一起构成当代三大传感系统，尤其是焦平面列阵技术的采用，将使发展成可与眼睛相媲美的凝视系统。而红外透波材料是红外热成像系统的光学元件的重要材料。红外透波材料不但要求具有高性能、小体积，还要造价低。高性能主要包括：结构完整、组分均匀以免发生散射，在测量波段内具有高红外透射率；热稳定性好，透射比和折射率不应随温度变化而变化；载流子寿命长，不宜潮解，耐酸碱腐蚀性好；力学性能优良，可以承受高运动的速压载荷等。 2 红外透波材料的特征值 透过率 一般透过率要求在50%以上，同时要求透过率的频率范围要宽。红外透波材料的透射短波限，对于纯晶体，决定于其电子从价带跃迁到导带的吸收，即其禁带宽度。透射长波限决定于声子吸收，和晶格结构及平均原子量有关。 折射率和色散 不同材料用途不同，对折射率的要求也不相同。对于窗口和整流罩的材料要求折射率低，以减少反射损失。对于透镜、棱镜、红外光学系统要求尽量高的折射率。 发射率 对红外透波材料的发射率要求尽量低，以免增加红外系统的目标特征，特别是军用系统易暴露。 其他 和选择其他光学材料一样，都要注意其力学、化学、物理性质，要求温度稳定性好，对水、气稳定，力学性质主要有弹性模量、扭转刚度、泊松比、拉伸强度和硬度。物理性质包括熔点、热导率、膨胀系数及可成型性。此外要强调的物性是材料的热导率要高，特别是用于高速飞行器的时候。 3 红外透波材料的种类 玻璃 玻璃的光学均匀性好，易于加工成型，价格便宜。缺点是透过波长较短，使用温度低于500℃。目前研究的红外透波玻璃材料主要有：氧化物红外玻璃、硫系玻璃和氟化物玻璃。
吸波材料知识介绍系列
吸波材料知识介绍系列—————之一 吸波材料简介 在解决高频电磁干扰问题上，完全采用屏蔽的解决方式越来越不能满足要求了。因为诸多设备中，端口的设置及通风、视窗等的需求使得实际的屏蔽措施不可能形成像法拉第电笼那样的全屏蔽电笼，端口尺寸问题是设备高频化的一大威胁。另外，困扰人们的还有另外一个问题，在设备实施了有效的屏蔽后，对外干扰问题虽然解决了，但电磁波干扰问题在屏蔽系统内部仍然存在，甚至因为屏蔽导致干扰加剧，甚至引发设备不能正常工作。这些都是屏蔽存在的问题，也正是因为这些问题的存在，吸波材料有了用武之地。 吸波材料是指能够有效吸收入射电磁波并使其散射衰减的一类材料，它通过材料的各种不同的损耗机制将入射电磁波转化成热能或者是其它能量形式而达到吸收电磁波目的。不同于屏蔽解决方案，其功效性在于减少干扰电磁波的数量。既可以单独使用吸收电磁波，也可以和屏蔽体系配合，提高设备高频功效。 目前常用的吸波材料可以对付的电磁干扰频段范围从0.72GHz到40GHz。当然应用在更高和更低频段上的吸波材料也是有的。吸波材料大体可以分成涂层型、板材型和结构型；从吸波机理上可以分成电吸收型、磁吸收型；从结构上可以分为吸收型、干涉型和谐振型等吸波结构。吸波材料的吸波效果是由介质内部各种电磁机制来决定，如电介质的德拜弛豫、共振吸收、界面弛豫磁介质畴壁的共振弛豫、电子扩散和微涡流等。 吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类：其一，电阻型损耗，此类吸收机制与材料的导电率有关的电阻性损耗，即导电率越大，载流子引起的宏观电流（包括电场变化引起的电流以及磁场变化引起的涡流）越大，从而有利于电磁能转化成为热能。其二，电介质损耗，它是一类与电极有关的介质损耗吸收机制，即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用将电磁能转化成热能耗散掉。电介质极化过程包括：电子云位移极化，极性介质电矩转向极化，电铁体电畴转向极化以及壁位移等。其三，磁损耗，此类吸收机制是一类与铁磁性介质的动态磁化过程有关的磁损耗，此类损耗可以细化为：磁滞损耗，旋磁涡流、阻尼损耗以及磁后效效应等，其主要来源是与磁滞机制相似的磁畴转向、磁畴壁位移以及磁畴自然共振等。此外，最新的纳米材料微波损耗机制是目前吸波材料研究的一大热点。由于篇幅所限，本文对吸波材料的损耗机制仅做了最为简约的叙述，对其详述及其结构设计及结构对吸波效能的影响等方面将在以后的文章中做出解释。 总之，高速发展的新科技正引领着世界范围内的各行各类电气、电子设备向高频化、小型化方向发展，高频EMI问题必将越发突显，吸波材料必然有越来越广阔的应用空间。
碳纤维吸波材料的研究进展_吴红焕
碳纤维吸波材料的研究进展 吴红焕,王晓艳,张 玲,朱冬梅,周万城 (西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072) 摘要 通过对碳纤维在复合材料中吸波性能的研究,得出通过控制碳纤维的长度和含量,以及采用化学掺杂或异型截面是得到频带宽、厚度薄、质量轻、吸收强结构吸波材料的有效方法,同时大力开展螺旋碳纤维和碳纳米管的研究是加快进展的新方向。 关键词 碳纤维 吸波材料 碳纳米管 化学掺杂 中图分类号:TQ342+.742 文献标识码:A Present Development of Absorbing Composites Containing C arbon Fibers WU Honghuan,WAN G Xiaoyan,ZHAN G Ling,ZHU Dongmei,ZHOU Wancheng (State Key Laboratory of Solidification Processing,Northwestern Polytechnical University,Xi’an710072) Abstract The characteristic and transforming methods of short carbon fibers are discussed in this paper,in2 cluding additive lengths,contents,adulteration and non2circular section.Controlling the length and content of carbon fibers and exploiting adulteration and non2circular section are effective methods to get“wide,thin,light,strong”structure absorbing materials.At the same time,coiled carbon fibers and carbon nano2pipes are the new direction to ac2 celerate development. K ey w ords carbon fiber,absorbing material,CN Ts,chemical adulteration 0 前言 雷达吸波材料是指能吸收、衰减入射的电磁波,并将电磁能转换成热能而耗散掉,或使电磁波因干涉相消的一类材料。它由吸收剂与能透过雷达波的基体材料复合而成,经历了由单一纤维到混杂纤维、由次承力件到主承力件、由热固性树脂到热塑性树脂的发展过程[1～3]。除一般的吸波材料外,隐身用的特种碳纤维是制造吸波材料的关键。碳纤维结构吸波材料具有承载和减少雷达比反射面的双重功能,是功能与结构一体化的优良微波吸收材料。与其它吸波材料相比,它不仅具有硬度高、高温强度大、热膨胀系数小、热传导率高、耐蚀、抗氧化等特点,还具有质轻、吸收频带宽的优点。通过研究碳纤维的吸波性能和吸波机理,并对纤维吸收剂进行改性和结构设计,研制出高性能的碳纤维复合材料是现在研究的热点课题[4,5]。但目前国内对碳纤维吸波材料的理论研究与实际应用之间仍存在一定差距,亟需进一步突破。由于连续碳纤维对雷达波易产生强反射作用,而短切碳纤维在材料中随机分布,改善了这方面的性能,对雷达波有较好的吸收性能。本文从短切碳纤维的吸波性能出发,总结了碳纤维的吸波特性及改性措施。 1 短切碳纤维的吸波机理及影响因素 1.1 短切碳纤维的吸波性能及频响机理 连续碳纤维对雷达波产生强反射作用,主要是因为电磁场在碳纤维中形成了较大的连续传导电流。而短碳纤维在基体当中的吸波机理目前基本存在两种解释[6],一是认为短切碳纤维在吸波材料中起半波谐振子的作用。在短切碳纤维的近区存在似稳感应场,此感应场激起耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而使雷达波能量转换为其他形式的能量,主要为热能。另一说法认为在含短切碳纤维的吸波材料中,可以把短切碳纤维作为偶极子。短切碳纤维偶极子在电磁场的作用下会产生极化耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而使雷达波能量转换为其它形式的能量。 碳纤维吸波材料是一种介电型吸波材料,与磁性吸收剂相比,介电常数控制是吸收剂研究的重点和难点,而介电常数频散效应的控制则是宽频带吸收所必须追求的目标。因此,研究碳纤维吸波材料频响效应的机理至关重要。频响效应就是随着频率的增加,介电参数的实部、虚部下降,损耗增加的现象。其本质是在频率变化的过程中,电极化出现了极化的惯性或滞后性,以至于在不同频率电场中极化来不及响应电场的变化而出现的现象。根据电磁波理论,随着频率的增加,当电磁波在碳纤维导体表面产生涡流时,在导线截面上的电流分布将越来越向导线表面集中,即产生趋肤效应现象。趋肤效应越明显,产生的涡流损耗越相应地增加,从而导致电磁波的消耗。电磁波在碳纤维之间传播时,除了涡流损耗外,在每束碳纤维之间的部分电磁波还会经散射发生类似相位对消现象引起损耗增加[7]。 1.2 添加最佳长度和含量的探索 邢丽英等[8]研究了掺混短碳纤维的复合材料在电磁波作用下某些宏观物理量的响应特性。结果表明,调整纤维长度及含量可在很宽范围内改变材料的电磁参数与衰减量;不同长度的短碳纤维在介质中的最佳填充量不同,当纤维的长度接近传输 吴红焕:女,1982年生,硕士,主要从事碳纤维结构吸波材料研究 Tel:029********* E2mail:whh—8278@https://www.wendangku.net/doc/067856541.html,
航天透波多功能材料研究进展
#综述# 航天透波多功能材料研究进展 黎义张大海陈英高文 (航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室北京100076) 文摘综述了航天透波多功能材料的应用需求、使用环境和相关的研究领域,对透波复合材料在研究过程中面临的增强结构、材料体系等技术问题进行了分析,讨论了在不同使用温度、飞行马赫数、高温使用时间等特殊环境条件下材料的性能,并介绍了在多功能透波材料研究中采用的材料设计、材料研究系统工程方法。 关键词天线窗,天线罩,多功能复合材料 Progress in High Performance Radome&Antenna Materials for Aerospace Li Yi Zhang Dahai Chen Ying Gao Wen (Aerospace Research Insti tute of Materials and Processing T echonology Beijing100076) Abstract Application requirement,service environment and relevant research areas of radome materials is summa-rized here.A number of questions such as reinforcement,material syste ms is analyzed.Material performance under specif-ic conditions of different service temperature,mach number and high temperature service time is discussed,and employ-ment of material design and systems engineering methods in the material research is also introduced in this paper. Key words Radome,Antenna,Multifunctional composites 1前言 航天透波材料是保护航天飞行器在恶劣环境条件下通讯、遥测、制导、引爆等系统能正常工作的一种多功能介质材料,在运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等航天飞行器无线电系统中得到广泛的应用。不同飞行器所处的工作环境不同,使用的无线电设备也不同,因而对透波材料的要求差异很大。航天透波材料按其结构件的形式主要分为天线窗和天线罩两大类,其中天线窗一般位于飞行器的侧面,通常为平板或带弧面的板状,主要用于保护天线窗后面的无线电设备,使其在恶劣环境下能正常工作;天线罩位于飞行器的头部,多为锥形,有时也有半球形,具有导流、防热、透波、承载等多种功能。天线罩材料种类和结构种类较多,但适用于制作超高速精确制导雷达天线罩的材料并不多,主要是对材料防热、承载和电气性能的要求都极高,限制了材料结构组份的设计与选择。 航天透波材料,经过几十年的研究、应用与发展,已经从单纯的透波材料发展到了具有防热、承载、透波、抗冲击等多功能材料,并正在向宽频、多模通讯与制导方向发展。 2应用需求 透波材料在航天器中具有重要的地位,是航天器/眼睛0的重要组成部分,主要应用的航天器系统 收稿日期:2000-05-19 黎义,1960年出生,研究员,主要从事航天透波多功能复合材料的研究工作
用于EMIRF吸波材料性能比较
用于EMI-RF吸波材料性能比较 用于EMI/RF吸波材料性能比较 中心议题：吸波材料测试装置的构造吸波材料测试方法 解决方案：环天线放置在相互垂直的位置相隔距离为环天线直径的二分之一利用表面电流减少装置测试 随着工程师们需要遵循的辐射电磁干扰（EMI）规范的不断增多，市场上开始出现各种类型的EMI吸波材料。一般而言，市场上所提供的这些吸波材料的厚度很薄并具有很好的外形柔韧性，再加上其背面带有粘合剂的设计使得我们能够很容易地将这些吸波材料应用到一些不符合电磁干扰和射频干扰（EMI/RFI）相关规范的产品表面。因此，选择合适的吸波材料就成为符合EMI/RFI相关规范、维护系统性能完好的一个关键因素。在10MHz到3000MHz的频率范围内，大部分吸波材料都会采用加入有损耗的磁性材料（例如，羰基铁或者铁氧体粉末等）的方式来削弱其表面电流。这些表面电流源于有害EMI和导体的相互作用， 而且它们的出现还会导致电磁场的二次辐射，因此为了保证产品符合相关规范，通常都会设法降低该表面电流。除此之外，这些表面电流还可能会对其它电路造成干扰，妨碍系统的正常运行。比较不同生产厂家提供的吸波材料的性能需要花 费大量的金钱和时间。考虑到EMI测试试验室每天几千美元的费用，试错试验（trialanderrortesting）的次数必须被限制到最少。因此，通过携带若干种可能会使用到的吸波材料到EMI试验室进行测试以确定效果最好的一种材料的方法已经被证明是一种非常昂贵的解决方法。而本文所介绍的这种简单的表面电流减小测试装置（SCRF）则允许我们对各种吸波材料样品的性能进行快速、简单的比较，从而缩小吸波材料的选择范围，确定某频率范围内具体EMI问题所需的性能最好的一种或两种吸波材料。SCRF装置主要由两个经过静电屏蔽的磁场环形天线构成，而且通过将它们小心地放置在相互垂直的位置上可以在相关频率范围内获得70dB甚至更高的隔离度。SCRF中的一个环形天线被连接到射频（RF）扫频源，而另一个环形天线则被连接到RF扫频接收机。如果将一块与产品壳体
吸波材料
吸波材料 姓名：王丽君 学院：纺织与材料工程学院 专业：材料工程 科目：材料表面与界面工程技术学号：13208520403408
吸波材料 摘要：介绍了吸波材料的吸波原理和吸波材料的分类，以及几种新型吸波材料，如铁氧体吸波材料，纳米吸波材料、手性材料、导电高分子吸波材料，耐高温陶瓷材料，并简单介绍了纳米复合材料的制备方法。 关键词：吸波材料；吸波原理；新型吸波材料；纳米复合材料的制备 信息化战争中，武器平台的高度信息化和电子化，使飞机、坦克、舰艇等所处的环境日益复杂。它们除受地面或空中的火力威胁和电子干扰外，其一举一动还处于红外、雷达、激光等探测器的严密监视之下，使其生存能力和战斗能力面临极大挑战，这样其隐身性能就显得尤为重要。 隐身技术主要涉及材料隐身和结构隐身两大方面。前者是使用吸波材料或涂料；后者是合理地设计武器外形，以提高隐蔽性。再此，不得不提及吸波材料。 1、吸波材料的吸波原理 吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量，一般由基体材料(或粘接剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成。由于各类材料的化学成分和微观结构不同,吸波机理也不尽相同。材料吸收电磁波的基本条件是：①电磁波入射到材料上时，它能尽可能不反射而最大限度地进入材料内部，即要求材料满足阻抗匹配；②进入材料内的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即要求材料满足衰减匹配。 2、吸波材料的分类 目前吸波材料分类较多，现大致分成下面4种： (1) 按材料成型工艺和承载能力，可分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料。前者是将吸收剂(金属或合金粉末、铁氧体、导电纤维等)与粘合剂混合后，涂覆于目标表面形成吸波涂层；后者是具有承载和吸波的双重功能,通常是将吸收剂分散在层状结构材料中，或是采用强度高、透波性能好的高聚物复合材料(如玻璃钢、芳纶纤维复合材料等)为面板，蜂窝状、波纹体或角锥体为夹芯的复合结构。 (2) 按吸波原理，吸波材料又可分为吸收型和干涉型两类。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体；干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干涉相消。 (3) 按材料的损耗机理，吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在材料电阻上；钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化驰豫损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，如铁氧体、羟基铁等。 (4) 按研究时期，可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石
透波材料介绍
透波材料介绍 一、透波材料：能透过电磁波且几乎不改变电磁波的性质（包括能量）的材料 我们以不同性能的高分子材料为基体，通过填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等手段，在保证材料有良好承受机械力和其它性能的同时，调节材料的介电常数和耗散因数，得到透波率能够满足我们的使用要求的复合材料。 在实际运用中，介电常数和耗散因数是衡量透波材料透波能力的两个重要指标，根据透波材料的使用环境，还需要考虑除透波率外的其它性能，如长时间的耐高温性能、高刚性、尺寸稳定、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐老化等。 二、应用： 隐身技术：避免入射电磁波大量反射，从而避开敌方雷达的探测； 无线电领域：利于微波-毫米波信号的接收、传输、放大、混频、发射等许多环节； 1、雷达罩和天线罩应用： 为保证雷达或天线在各种复杂环境中的正常使用, 雷达罩或天线罩用复合材料必须具备比强度高、透波率高等性能，同时在设计上也需要考虑良好的防振动和抗老化能力。 A、我们具有国内先进的透波率（90%-99%）改性复合材料的电性能设计能力和经验； B、透波材料的低介电常数和低介质损耗是满足其使用要求的必要条件； C、拥有高耗散因数的材料不仅对无线电传输不利，同时会将电磁能转换为不利的热能。其技术难点主要是材料的透波率，长时间的交替耐高、低温性能，户外老化等。 1）气象雷达罩 2）薄壁结构地面天线罩 3）移动通讯基站天线罩 4）车载天线罩 5）各种天线包封 树脂基体的主要性能（介电常数） 树脂品种密度（g/cm3）弯曲强度 (Mpa) 弯曲模量 (Gpa) 介电常数 (106HZ) 正切损耗 (10GHz) PPS 1.36-1.4352-145 3.7-4.0 3.00.0006 PEEK 1.32110-210 3.8-9.1 3.2-3.30.0033 LCP 1.38-1.40 3.0-3.2 ASA 1.06-1.148-155 1.7-3.0 3.2-3.50.028环氧树脂 1.3097 3.8 3.00.020酚醛树脂 1.3092 3.5 3.20.020不饱和聚脂 树脂 1.2985 3.2 3.00.018乙烯基树脂 1.3090 3.5 2.90.018双马来酰亚 1.30150 3.7 3.00.014
各种吸波材料的比较
Christopher L Holloway 沙斐翻译 一前言 最早暗室（全电波）建于50年代，用于天线测量。吸波材料由动物毛发编制而成，外涂一层碳，厚2英寸（）。在~10GHz正入射时，反射系数为-20dB。60年代，以上的吸波材料被新一代、由一定形状的吸波材料所取代，正入射时反射系数为 -40dB。 目前普遍使用的聚氨酯锥体40年代就开始研究，60年代才有产品。正入射时的反射系数为 -60dB。然而可使用的频率范围较高，要求锥体的厚度（尖顶到基座）至少是几个波长。 电-厚锥体的良好性能主要来源于锥体直接的良好多重反射。由于锥体的厚度大于波长，锥体的周边反射入射波。波在相邻的锥体间不断的反射，再反射很多次。每次反射时总有一部分波被锥体吸收。因此，仅有小部分抵达锥体基座。基座吸收后到达金属板，金属板反射后又进入锥体，再通过多重反射和吸收。最后从锥体的尖返回的波已是非常小了。 电-厚锥体的最佳性能的获得，依靠锥体内渗碳加载的调节，要求碳负载足够小，以便每次波反射时进入锥体的波尽可能多，但渗碳加载又要足够大，以便充分吸收进入锥体的波的能量。 半电波暗室最早用于70年代，作为开阔场地的替代场地，测量辐射发射。频率范围为30－1000MHz。但最早暗室中粘贴的典型的吸波材料厚度为3－6英尺（－）。显然在30MHz 的频率上，厚度不可能是几个波长。因此暗室的频率范围被限制在90－1000MHz。 30－90MHz频段的吸波材料开发缓慢，因为无法预测和测量电-薄吸波材料（即厚度 <1 4 λ）的性能，只能安装上以后，测量暗室特性来判定。直到80年代中期，计算和测量技 术发展以后，对小型宽带吸波材料的评估才成为可能。【4】－【6】中叙述了在理论模型中使用“均质化方法”可以精确地计算吸波材料的反射特性。【7】－【10】中叙述了使用大测试装置直接测小型宽带吸波材料的反射特性。 在整个30－1000MHz的频段都要获得小的反射率，则小型宽带吸波材料必须使用锥形模型，它们在高频段是电-厚模型，但在低频段则是电-薄形材料。电波入射到电-薄型吸波材料上时，它们并不在乎吸波材料的实际几何形状是锥型还是楔型。相反，它们的行为就象照射到一固体媒质上，该媒质的有效ε和μ随进入媒质的距离而变化。注意这是有效ε和有效μ和构成吸波材料的实际ε和μ是不同的。 最佳的吸波材料提供了从空气阻抗到吸波材料基座的波阻抗的逐渐过渡。正确的渗碳加载可使大部分入射波穿透锥或楔，并在通过基座时被吸收。更进一步调节渗碳可以使入射波被锥或楔反射的那一部分和从金属板反射后从吸波材料中透出来的那一部分那互相抵消，这种抵消可以获得非常小的反射率。显然只能发生在较窄的频率范围。一般说来渗碳加载对电-厚和电-薄材料的要求是不同的，【6】因此对于工作频率在30－1000MHz的小型宽带吸波材料（锥或楔型），渗碳加载既要考虑高频时的电-厚，又要考虑低频时的电-薄情况。这是极富于挑战性的。 60年代初期日本开发了电-薄型铁氧体瓦作为聚氨酯锥型和楔型的替代物。由于瓦的吸波性能和空气比较接近，在空气－瓦片界面反射很小，入射波直接渗入瓦片。又因为瓦片对磁场损耗大，所以渗入波被吸收。如有穿过瓦片的，则被金属板反射，重又回到瓦片，被再次吸收。如还有穿出瓦片回到空气中的，则可以象锥型和楔型吸波材料那样，调节瓦片厚度，在一定的较窄的频率范围内使其与瓦片直接反射到空气中的那一部分相抵消。 近年来，薄锥和楔（200－1000MHz）＋铁氧体瓦＋介质层（30－600MHz）构成了超小型
吸波材料简介
吸波材料简介 1、定义 所谓吸波材料，指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。 2、吸波原理分类 吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类： 其一，电阻型损耗，此类吸收机制和材料的导电率有关的电阻性损耗，即导电率越大，载流子引起的宏观电流（包括电场变化引起的电流以及磁场变化引起的涡流）越大，从而有利于电磁能转化成为热能。 其二，电介质损耗，它是一类和电极有关的介质损耗吸收机制，即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用将电磁能转化成热能耗散掉。电介质极化过程包括：电子云位移极化，极性介质电矩转向极化，电铁体电畴转向极化以及壁位移等。 其三，磁损耗，此类吸收机制是一类和铁磁性介质的动态磁化过程有关的磁损耗，此类损耗可以细化为：磁滞损耗，旋磁涡流、阻尼损耗以及磁后效效应等，其主要来源是和磁滞机制相似的磁畴转向、磁畴壁位移以及磁畴自然共振等。此外，最新的纳米材料微波损耗机制是如今吸波材料分析的一大热点。 3、材料种类 随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场，飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院，移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。 吸波材料按材料分类主要分为： 铁氧体吸波材料，是利用磁性材料的高频下损耗和磁导率的散射来吸收电磁波的能力。 金属超微粉吸波材料，金属材料因居里点高（770K）而耐高温，Ms可达铁氧体的3-4倍，金属自然共振频率比铁氧体高得多，有更好的吸收性能，但是块
吸波材料现状和应用——整理超经典
吸波材料的发展现状 一. 1.目前吸波材料分类较多，现大致分成下面4种： 1．1按材料成型工艺和承载能力可分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料。1.2 按吸波原理 吸波材料又可分为吸收型和干涉型两类。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体；干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干涉相消。 1.3 按材料的损耗机理 吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在材料电阻上；钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化驰豫损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，如铁氧体、羟基铁等。 1.4 按研究时期 可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等属于传统吸波材料，它们通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。其中铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料研究较多，性能也较好。新型吸波材料包括纳米材料、手性材料、导电高聚物、多晶铁纤维及电路模拟吸波材料等，它们具有不同于传统吸波材料的吸波机理。其中纳米材料和多晶铁纤维是众多新型吸波材料中性能最好的2种。 2.无机吸波剂 2.1 铁系吸波剂 2.1.1 金属铁微粉 金属铁微粉吸波剂主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收衰减电磁波，主要包括金属铁粉、铁合金粉、羰基铁粉等。金属铁微粉吸收剂具有较高的微波磁导率，温度稳定性好等优点，但是其抗氧化、抗酸碱能力差，介电常数大，频谱特性差，低频吸收性能较差，而且密度大。 2.1.2 多晶铁纤维 多晶铁纤维具有很好的磁滞损耗、涡流损耗及较强的介电损耗，并且是良好的导体，在外界电场作用下，其内部自由电子发生振荡运动，产生振荡电流，将电磁波的能量转化成热能，从而削弱电磁波。 2.1.3 铁氧体 铁氧体吸波材料是研究较多也较成熟的吸波材料。它的优点是吸收效率高、涂层薄、频带宽；不足之处是相对密度大，使部件增重，以至影响部件的整体性能，高频效应也不太理想。 2.2碳系吸波剂 2.2.1石墨、乙炔炭黑
军用电磁透波塑料的优点和用途
军用电磁透波塑料的优点和用途 电磁透波塑料是指能够透过一定频率电磁波的一类功能性复合材料。此类材料主要用于航空、航天及军事装备等领域，具体功能为保护飞行器的通信、遥测、制导和引爆等系统在恶劣的环境条下也能正常工作，满足运载火箭、飞船、导弹及卫星等无线控制系统的性能要求。在航天领域内应用电磁透波复合材料的有天线窗和天线罩两大类。 随着科学的不断进步，对材料的性能要求也越来越高，除对电磁透波性要求外，还要求耐热、隔热、承载、抗冲击等附加功能，并正在向宽频、多通信与制导方向发展。 1．电磁透波塑料的性能要求 透波塑料复合材料所用增强材料的力学性能和介电性能均优于树脂基体，所以复合材料的透波性能主要取决于树脂基体的性能。 在各种雷达天线中，导弹的雷达天线罩对性能的要求最高，它除应具备与飞行器雷达天线使用频率耦合的透波性能、最小的插入损失外，还要具备能承受飞行器空气动力载荷和环境热气流、雨流的冲刷及其载荷的振动冲击能，其电学和力学性能受环境的影晌小。 透波材料对塑料的介电性能和力学性能要求较高，具体如下。 ①稳定的高频介电性能介电常数和介电损耗角正切值要小，一般情况下，在0.3～300GHz范围内适宜介电常数要在1-4，介电损耗角正切值在0.1～0.001，并且不随温度和频率的变化而明显变化；例如升温100℃，介电常数的变化率应低于1%，以保证在气动
加热条件下，尽可能不失真地透过电磁波。 ②良好的热性能包括良好的耐热冲击、耐热性和线膨胀系数、大的工作温度范围及良好的耐烧蚀性等。 ③良好的耐环境性经得起雨蚀、粒子侵蚀、抗紫外线辐射等。 2．电磁透波塑料的选材 目前选用最多的电磁透波塑料为纤维增强树脂基复合材料，磁透波塑料的透波性能好坏，与复合材料的树脂和增强纤维的关系都很大。 (1)树脂的选用树脂可用传统的不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等，也有近年来开发的聚酰亚胺、氰酸酯树脂、有机硅树脂、聚四氟乙烯、双马来酰亚胺和聚苯硫醚等，其中最引人注意的为美国研制的非碳化烧蚀材料聚四氟乙烯。 ①不饱和聚酯(UP) UP的介电性能优良，价格低廉，是最早用于天线罩的聚合物之一。目前的改性方法很多，如美国Nan-gatuck 化学公司用三聚氰酸三烯丙酯对UP进行改性，使复合材料的温度由120℃提頁到150℃，美国波音公司选用此材料为Bomarc导弹天线罩的树脂基材；我国一般用纳米材料进行填充以改进性能。 ②环氧树脂(EP) EP是导弹天线罩最常用的基材之一，它粘接性优良、耐化学腐蚀性好、电性能好、固化收缩低。目前的改性方向为增韧，如与热塑性塑料共混、加入氰酸酯等。例女EP/PU以70/30的比例共混，冲击强度可提高6倍之多；再例如，EP/TLCP共混，加入少量TLCP冲击强度就会大幅度提高，并保原有的刚性和耐热
陶瓷吸波材料的研究进展_范跃农
《陶瓷学报》 JOURNAL OF CERAMICS 第31卷第1期2010年3月 Vol.31,No.1Mar.2010 文章编号：1000-2278（2010）01-0538-04 陶瓷吸波材料的研究进展 范跃农1， 2 龚荣洲2 （１．景德镇陶瓷学院，景德镇：３３３４０３，２．华中科技大学，武汉：４３００７４） 摘要 简述了在当今世界能提高各类武器在战争中的生存能力、防卫能力和攻击能力的隐身技术，对其在现代高技术武器装备中的重要作用进行了肯定。对隐身技术中占重要地位的电磁波吸收材料的种类、吸波原理及吸波方式做了进一步阐述。重点讨论了陶瓷吸波材料的吸波原理、组成结构和方式，并着重介绍了几种最近几年陶瓷吸波材料的最新研究成果，列举了它们的吸波性能参数。最后，对陶瓷吸波材料发展方向进行了展望。关键词隐身技术，陶瓷，吸波材料，研究进展中图分类号：ＴＱ１７４文献标识码：Ａ １引言 随着电子技术的发展,新型雷达、探测器及精密制导武器相继问世，军事空中防御能力和反导弹能力日益增强，使得武器系统，特别是大型作战武器，如飞机、导弹、舰艇、坦克等所面临的威胁越来越大，作为提高战争中的生存能力、 防卫能力和攻击能力的隐身技术，普遍受到世界各国的高度重视。 隐身技术是指降低目标的雷达、红外、激光、磁信号等特征，使其在一定范围内难以被探测，从而提高其生存能力的技术。 已经成为现代电子战争的重要组成部分，它伴随着武器攻击、防卫技术的发展而产生，其最终目的是使武器系统能在多个的频率范围，进行多方位的隐身。隐身技术发展的关键在于材料技术的发展，要求材料具有质量轻、适应性强的特点。为了适应未来战争的需要，世界各发达国家都在积极致力于开发新型高效的吸波材料，并对其吸波机理进行更进一步的研究[1]。 吸波材料是隐身技术中不可缺少的组成部分，隐身兵器主要依靠吸波材料来吸收和衰减雷达波以达到隐身的目的。 ２吸波材料的分类 按照吸波材料的结构，可将其分为涂料型吸波材 料、贴片型吸波材料、吸波腻子、吸波复合材料等[2]。 按照吸波机理可以将吸波材料分为磁损耗型吸波材料、介电损耗型吸波材料和“双复”型吸波材料三类。 陶瓷吸波材料属于介电损耗型吸波材料，主要包括碳化硅、Si 3N 4、莫来石、钛酸钡、Al 2O 3、AlN 、堇青石、硼硅酸铝、粘土和炭黑等一类陶瓷材料，同铁氧体、复合金属粉末等比较，这一类材料的吸波性能好，而且还可以有效地减弱红外辐射信号，能有效损耗雷达波的能量。由于它们比重小、耐高温、介电常数随烧结温度有较大的变化范围，是制作多波段吸波材料的主要成分，有可能通过对显微结构和电磁参数的控制，来获得所希望的吸波效果。此外，由金属微粉和陶瓷微粉共烧而成的以金属为分散相，陶瓷为连续相的金属陶瓷也属于这一类。这一类材料对雷达波能量的吸收、转移主要以热能形式散发[3]。 要达到良好的吸波效果，必须具备以下两个条件：(l)入射来的电磁波要尽可能多地进入吸波材料而不被反射；(2)材料要能将电磁波损耗吸收掉[4]。因此， 收稿日期：2009-10-11通讯联系人：范跃农 DOI:10.13957/https://www.wendangku.net/doc/067856541.html,ki.tcxb.2009.04.022
透波材料介绍
透波材料介绍 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
透波材料介绍 一、透波材料：能透过电磁波且几乎不改变电磁波的性质（包括能量）的材料 我们以不同性能的高分子材料为基体，通过填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等手段，在保证材料有良好承受机械力和其它性能的同时，调节材料的介电常数和耗散因数，得到透波率能够满足我们的使用要求的复合材料。 在实际运用中，介电常数和耗散因数是衡量透波材料透波能力的两个重要指标，根据透波材料的使用环境，还需要考虑除透波率外的其它性能，如长时间的耐高温性能、高刚性、尺寸稳定、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐老化等。 二、应用： 隐身技术：避免入射电磁波大量反射，从而避开敌方雷达的探测； 无线电领域：利于微波-毫米波信号的接收、传输、放大、混频、发射等许多环节； 1、雷达罩和天线罩应用： 为保证雷达或天线在各种复杂环境中的正常使用, 雷达罩或天线罩用复合材料必须具备比强度高、透波率高等性能，同时在设计上也需要考虑良好的防振动和抗老化能力。 A、我们具有国内先进的透波率（90%-99%）改性复合材料的电性能设计能力和经验； B、透波材料的低介电常数和低介质损耗是满足其使用要求的必要条件； C、拥有高耗散因数的材料不仅对无线电传输不利，同时会将电磁能转换为不利的热能。其技术难点主要是材料的透波率，长时间的交替耐高、低温性能，户外老化等。 1）气象雷达罩 2）薄壁结构地面天线罩 3）移动通讯基站天线罩 4）车载天线罩 5）各种天线包封
吸波材料是一种能将电磁能转化为其它形式的能量或使电磁波因干涉而消失，从而达到吸波的目的。 1、目前各国军事上的隐身技术，主要就是使用各种吸波、透波材料，实现对雷达的隐形；采用红外遮挡与衰减装置、涂敷红外掩饰涂料等，以降低红外辐射强度，实现对红外探测器的隐身。 2、在可见光隐形上，目前的办法只是在兵器的表面涂抹迷彩，降低兵器与背景之间的反差，或歪曲兵器的外形等初级的方法。另外由于碳纳米管的微波吸收性能，碳纳米管也可以作为吸收剂，制成隐形材料。 3、在现代军事领域，需要先发制人和远发制人，导弹自然就发挥了越来越重要的作用，如何确保导弹能够精确打击目标和长距离隐蔽飞行，天线罩技术就成了主要的“瓶颈”之一。其技术难点主要是天线罩材料的透波率和长时间的耐高温性能。 4、芳纶纤维纸具有突出的强度重量比和刚性重量比，阻燃，质量轻，耐冲击，还可进一步加工成蜂窝结构板材，主要用于生产飞机、导弹、卫星宽频透波材料、刚性受力结构部件等，是目前国内外飞机及雷达罩夹层结构使用最多的夹芯材料，也适合于制作游艇、赛艇、高速列车及其他高性能要求的夹层结构。 5、车载天线罩的透波性能可满足移动车辆的使用要求。特点：增益高，图象，语音清晰，数据传输可靠，整体性能优良力、驱波性能好,能设计出外形美观小巧,安装方便,性能稳定,具有良好的防振动和抗老化能力的产品。 6、天线种类：各频点基站（高、中、底增益）全向、定向天线、军用天线、无线modem橡皮天线及弹簧螺旋天线、车载吸盘天线、室内分布天线（吸顶及壁挂天线）、机车列尾天线、230MHZ数传天线及环阵天线、2.4-5.8G抛物面扩频天线、单边带天线、短波、超短波天线、四环阵天线、MMDS微波天线。 7、天线设计的灵敏度要高：几乎能收到没有被遮挡的所有卫星信号、可靠性高。设计时也要考虑到电磁兼容性（EMC）等问题。中心频率为 1570MHZ,1575MHZ,1580MHZ,2450MHZ的、主要应用于全球定位系统(GPS) 8、透波材料的技术要求是要有很高的透波率，以保证敌雷达波能尽可能多地穿过并进入夹层中的等离子体被吸收掉。这种透波材料可以使用与雷达整流罩相同的玻璃钢材料制作，现有技术下这类玻璃钢可以达到95%-99%的透波率；对于军舰和战车而言，还可以用透波材料制成夹层吸波瓦并在内部罐充等离子体达到良好的隐形目的。 9、雷达天线罩材料是天线罩研制的重要基础，没有好的天线罩材料，再好的电性能设计也不会实现。天线罩是功能性复合材料结构件，天线罩材料要满足介电性能、力学性能、三防寿命、工艺性能、重量等要求。材料 。该指标直接影响天的介电性能指标主要有介电常数ε和损耗角正切tg δ 线罩的电性能，是选择材料的主要依据。损耗角正切tg 越大，电磁波能 δ 量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多。介电常数ε越大，则电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大，这将增加镜象波
吸波材料吸波原理及其研究进展
吸波材料的吸波原理及其研究进展 张开庆 （山东科技大学应用物理学2010-01 201001090134） 摘要：介绍了吸波材料的重要性，阐述了吸波材料的吸波原理，综述了铁氧体吸波材料、金属微粉吸波材料、纳米吸波材料及光学透明吸波材料近几年来的国内外研究进展及应用，最后指出，多频谱隐身材料和智能隐身材料是吸波材料中两个最主要的发展方向。 关键词：吸波材料；吸波原理；进展 Absorbing Mechanism and Progress of Wave-absorbing Materials Zhang Kai-qing (Shandong university of science and technology college of science, Applied physics class level 2010-01) Abstract:The sign if icance of wave-absorbing materials was explained. The absorbing mechanism indifferent conditions, the species and the characteristics of general wave-absorbing materials were introduced. The recent progress and application of ferrite material, surperfine metal powders, nanam eter absorbing material and optics transparent absorbing materials were reviewed. Finally points out that the multiple spectra and intelligent stealth materials are tow most essential developing trends for radar wave absorbing materials. Key words: wave-absorbing materials; wave-absorbing mechanism; progress 随着现代科技技术尤其是电子工业技术的高速发展，不同频率的电磁辐射充斥着人们的生活空间，破坏了人类良好的生态环境，造成了严重的电磁污染。不少科学家预言，在二十一世纪，电磁污染将成为生态环境首屈一指的物理污染[1]。电磁场以电磁波的形式传递能量，只有使用电磁波吸波材料。使电磁波能转化为热能或其他形式的能，才能有效清除电磁污染。因此解决电磁污染的吸波材料的研究和应用成为人们研究. 隐身技术也称为目标特征信号控制技术，是一种通过控制和降低武器系统的特征信号，使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的技术。由于隐身技术能极大地提高武器的生存能力和作战效果，受到许多国家的高度重视，成为集陆、海、空、天四位一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术手段，成为现代军事研究的关键技术[2]。在现代战争中，雷达是探测目标的最可靠手段，因此雷达隐身技术是隐身技术的重点。 雷达隐身技术的核心是降低目标的雷达散射截面（RCS）。其技术主要途径有两条：一是通过目标的外形设计降低RCS，简称为外形技术。二是目标应用能吸收雷达波的材料，即利用雷达吸波材料（RAM）降低目标的RCS，简称为雷达吸波材料技术[3]。 雷达吸波材料简称吸波材料。吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量而消散掉的一类材料。它的工作原理与材料的电磁特性有关。良好的吸波材料具备两个条件，一是雷达波射入的吸波材料内，其能量损耗尽可能大；二是吸波材料的阻抗与雷达波的阻抗相匹配，此时满足无反射。实际上常要求吸波材料在一定频宽范围内对电磁波强烈的吸收，理想的情况是全吸收，即反射系数为零[2]。 由于各类材料的化学成分和微观结构不同，吸波机理也不尽相同。尽管如此，吸波材料的吸波性能还是可以用宏观的电磁理论进行分析，工程上也常常使用材料宏观的介电常数和磁导率来评价吸波材料的反射和传输特性材料吸收电磁波的基本条件是：一是电磁波入射到材料上时，它能尽可能不反射而最大限度地进入材料内部，即要求材料满足阻抗匹配；二