耐高温透波材料及其性能研究进展

耐高温透波材料及其性能研究进展

文摘介绍了国内外高温透波材料的发展现状,并且对高温透波材料的种类进行了详细阐述。通过对材料种类的分析与选择,对影响材料透波性能的因素进行了分析。通过对现行透波材料及其透波理论体系的论述,对高温透波材料存在的问题进行了总结。

关键词透波材料,介电常数,透波原理

前言

高温透波材料是指对波长在1～1 000 mm、频率在0. 3～300 GHz的电磁波在足够高的温度下的透过率> 70%的材料[ 1 ] 。一般情况下,在该频率范围内,透波材料适宜ε为1～4, tgδ为10- 1 ～10- 3 ,这样才能获得理想的透波性能与较小的插入损失[ 2 ] 。结构透波材料体系主要有耐高温及常温应用的透波材料,这两种材料体系的典型代表分别为陶瓷透波材料及聚合物基复合材料。陶瓷透波材料与聚合物基复合材料分别应用于导弹、飞行器天线罩、天线窗以及雷天线罩等几类产品。本文将重点介绍高温透波材料即防热型透波功能材料的研究工作。

1 高温透波材料体系

高温透波材料是一种兼有耐高温性能与透波性能的介质材料,高温透波材料体系主要有:陶瓷基复合材料与聚合物基复合材料。

1. 1陶瓷透波材料是一种兼有耐高温性能与透波性能的介质材料,高温透波材料体系主要有:陶瓷基复合材料与聚合物基复合材料。

陶瓷透波材料可分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。前者有氧化铝陶瓷、石英陶瓷、氧化铍陶瓷、微晶玻璃、堇青石陶瓷等等。非氧化物陶瓷主要有氮化硼(BN)和氮化硅( Si3N4 ) [ 3 ] 。1. 1. 1氧化物陶瓷

(1)氧化铝陶瓷(Al2O3 )

在天线罩材料发展史上,氧化铝陶瓷是继纤维增强复合材料之后最早被采用的单一氧化物陶瓷。用作透波材料时,其Al2O3质量分数为97%～99%。

(2)微晶玻璃

微晶玻璃是20世纪50年代中期美国康宁公司发现的一种新型无机材料。它是借助控制晶化的方法,使特定组成的透明玻璃失透晶化,形成无数直径< 1μm的微小晶粒,从而获得性能优异的不透明瓷质材料,因在结构上与陶瓷相似,故也称为玻璃陶瓷。在60年代就被广泛用来代替氧化铝制造马赫数在3～4的多种型号防空导弹天线罩。我国已成功地用3- 3料微晶玻璃制造了飞行器天线罩。

(3)堇青石陶瓷

堇青石陶瓷是以堇青石为主晶相的陶瓷材料,用作透波材料的典型堇青石陶瓷是雷声公司生产的Rayceram Ⅲ,它是由泥浆浇铸或等静压成型,然后加热烧结而成。

(4)石英陶瓷

石英陶瓷为单一氧化物陶瓷,其主要成分与透明或半透明的熔融石英一样都是二氧化硅,但由于采用泥浆浇注和烧结等陶瓷材料的制造方法,所得到的是不透明的陶瓷质材料,故称石英陶瓷。

1. 1. 2氮化物陶瓷

(1) Si3N4

Si3N4是共价健强的陶瓷材料,具有高的原子结合强度,在高温下几乎不变形。Si3N4作为透波材料而引起人们兴趣除了耐高温外,还因为它具有特殊的抗热冲击性和高强度,且硬度和强度在高温下很少下降。作为透波材料,它既具有氧化铝陶瓷的优点,又具有石英陶瓷的某些优点,

因此作为新材料得到普遍的关注。

(2)BN

BN陶瓷多年来曾被考虑作为天线罩材料也是因为与Si3N4陶瓷一样具有共价健而获得耐高温特性,它的介电性能接近石英,且随温度的变化较少。

1. 2聚合基复合材料

1. 2. 1无机硅聚合物

用无机硅聚合物D I - 100和D I - 200制作的复合材料结构在超过538℃下具有较好的热稳定性,D I- 200 /石英复合材料允许使用缝合和整体双层技术,可达到其他任何透波材料无法相比的性能范围[ 4 ] 。

1. 2. 2磷酸盐基复合材料

磷酸盐基复合材料成型工艺与树脂基复合材料的成型工艺相近,磷酸盐类作为基体材料出现,而增强相多选用透波性能较好的纤维织物[ 5 ] 。这类复合材料制备工艺简单,制备的复合材料热性能、电性能优良。最早在俄罗斯展开应用,目前,我国有许多研究机构都开始了对其材料体系的研究。

1. 2. 3有机硅类复合材料

文献[ 6 ]报道称有机硅复合材料是俄罗斯透波材料领域的主要材料,使用温度> 1 500℃,但这种复合材料在国内的研究尚属于空白。

2国内外耐高温透波材料发展现状

2. 1国外透波材料

走在耐高温微波透波材料研究前沿的国家是国和俄罗斯,主要有两种不同的材料体系:分别为纤维增强磷酸盐体系复合材料及氮化物类陶瓷材料及陶瓷复合材料。目前,两国都主要从事透波结构材料以及相关测试方法的研究。

美国先后对氧化物体系以及氮化物体系进行研究。1995年,在美国海军部资助下,研究出以磷酸盐为黏结剂,烧结温度不超过900℃的无压烧结氮化硅陶瓷材料[ 7 ] 。1997年,在美国陆军部资助下,研制出以无压烧结SION纳米陶瓷复合材料,应用于超声速飞行器[ 8 ] 。美国波音宇航公司利用反应烧结Si3Ni4的密度可控性,研制了轻质透波材料[ 9 ] 。美国海军某研究室研制出的一种耐高温玻璃材料Cornings’Pyroceram 9606 ,这种材料是一种主要由堇青石组成的玻璃- 陶瓷材料[ 10 ] 。美国航空材料实验室经过5年的努力,开发了一种用于制作天线罩的熔融石英维增强氧化硅材料[ 11 ] 。美国新近开发的无机硅聚合物(D I - 100树脂和D I - 200树脂)基体透波复合材料,与有机硅树脂相比,具有使用温度高,无需高温除碳、复合材料强度高等特点[ 12 ] 。

硅树脂基透波复合材料即织物增强有机硅树脂基复合材料, 是俄罗斯用于航天领域的主要透波料, 其使用温度高于1 500℃。该材料体系的基体都是采用牌号为MK29K的有机硅树脂, 添加高温除碳剂,经浸渍加压固化而成[ 13 ] 。在纤维增强CMC天线罩方面进行了长期的研究,制备了高硅氧纤维织物增强无机盐复合材料,并得到了实际应用[ 14 ] 。

英国电气公司的Nelson研究室研制出以磷酸盐为晶核的一种玻璃- 陶瓷透波材料。该材料以五氧化二磷作为宽范围组成硅酸盐玻璃的结晶控制催化剂,具有很好的力学性能、耐热性能和介电性能;耐热范围700～1 200℃,ε= 4. 5～7. 0,测试频率范围103～107Hz(X波段) [ 15 ] 。

以色列利用SiO2与Si3N4反应制备了Si2N2O泡沫,其ε为2～4,烧结工艺为反应烧结[ 16 ] 。德国Brunswichk公司在空军航空电子设备实验室资助下,于1963年开始研制能在698. 7℃长时间(1 000 h)工作的磷酸盐类透波材料[ 17 ] 。

韩国的科学家通过将不同尺寸的氧化铝板状物加入到无定形堇青石粉末中,通过热压方法制得的复合材料弯曲强度达90MPa,ε为5. 0 (1MHz) [ 18 ] 。

2. 2国内透波材料

国内在透波材料领域的研究虽然起步很晚,但就材料体系来说,无论是陶瓷复合材料是纤维增强陶瓷基复合材料都有所研究。

上海硅酸盐研究所和山东陶瓷研究设计院等单位用陶瓷粉末高温烧结工艺制备了Si3 N4 - SiO2、SiO2 - AlN - Si3N4、SiO2 - AlN - BN和Si3N4 - BN陶瓷透波材料, 具有较好的力学、热学、电学综合性能[ 19 ] 。

陕西非金属材料工艺研究所从20世纪80年代中期开始高温透波材料研究,ε和tgδ已达到指标要求(ε< 315 , tgδ< 0. 01) [ 16 ] 。山东大学以Si3N4陶瓷材料为基础,同时加入Y2O3、纳米SiO2、AlN对其进行复合,制备出耐烧蚀、介电性能优异的陶瓷复合材

料[ 20 ] 。武汉理工大学通过注射成型制备了石英陶瓷材料,材料抗热震温度达到 1 100℃[ 21 ] 。上海硅酸盐研究所以无压烧结工艺制备了Si3N4 /SiO2复合材料,

ε为3. 63～3. 68[ 22 ] 。

北京玻璃钢研究设计院研究了石英玻璃布增强磷酸盐复合材料,可用于环境温度 1 200℃[ 23 ] 。国防科技大学利用P IP工艺制备了石英织物增强Si -N - B陶瓷透波材料,密度1. 71 g/ cm3 ,弯曲强度130MPa[ 24 ] 。

哈尔滨工业大学开发出新型硅氧氮陶瓷先驱体树脂,与有机硅树脂的最大不同就是结构中不含碳元素,是一种无机聚合物。用该树脂制备的硅氧氮陶瓷不仅介电性能优异,线胀系数低、抗热震性能好,而且高温强度高、耐氧化稳定性好。材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到156 MPa 和118 MPa·m 1 /2 ,比SiO2基体提高了4. 58和2. 25倍[ 25 ] 。

北京航空航天大学采用不同磷酸铝基体制备了单向碳化硅纤维增强磷酸铝基复合材料,制得的材料弯曲强度为310 MPa[ 26 ] 。哈尔滨工业大学对磷酸铬铝高温透波材料进行了制备和性能研究,以氢氧化铝、氧化铬和磷酸为原料制备磷酸铬铝,通过对反应体系黏度的监测,控制反应程度、确定反应时间。采用DSC - TG和XRD分析研究体系固化特性和耐热性能。对层间剪切强度进行测试,初步评价磷酸铬铝复合材料的性能[ 27 ] 。

3影响材料透波性能的因素

为了提高材料的透波性能,理论上必须满足以下两点: (1)没有散射的材料; (2)没有吸收的材料。散射的根源在于固体材料中的折射率不均匀,所以陶瓷材料中的粒界对透波性能的影响较大,关于吸收的原因可以分为两类: ( 1 )材料中杂质引起的吸收; (2)材料的本征性吸收。这就说明,原材料的选择对材料透波性能的影响至关重要[ 28 ] 。

3. 1电磁波透波原理研究

关于电磁波透波原理的研究工作,国外学者从事该方面的工作比较多, E. Aras[ 29 ]等给出了电磁波透过任意形状物体的矩解,其采用矩解平衡方程,矩解方程如下

式中, E为电场强度; H为磁场强度; J为电流; M 为磁流; 2代表发射源(ε 2 ,μ2 ) ; T代表发射源作用在整个场。

计算结果与实际结果符合得很好。M. C. K.W iltshire[ 30 ]等研究了两种类型的微波(水平方向与垂直方向传播的电磁波)的传播特性,建立了传播模

型,并且与试验结果进行了对比。Le2Wei Li[ 31 ]等专门研究了电磁波在球形天线罩表面的透射规律,并得出了透射方程与反射方程。

3. 2介电常数

自Maxwell Garnett提出了混合体的著名有效介电常数公式以来,先后有人提出近十个有关混合体的有效介电常数计算模型和公式[ 32～38 ] ,叶齐政[ 39 ]等提出混合二相体的一种新的电路模型,计算了与粒径分布有关的混合体有效介电常数,计算模型如下:

式中,ε为双层介质的有效介电常数; ε1、ε 2 为分布相的介电常数; Ri 为单元格个数; d3 为单元格体积。

用这个公式计算了几种混合体材料的ε,发现计算结果符合得很好。薛庆忠[ 40 ]等利用有效介质理论导出了二元无规混合物的有效介电常数的普适计算

公式,方程如下:

式中:εeff, ii为有效介电常数的分量; ε b

1、εb

2为几何效应的分布相介电常数; Beff, i为分散介质的退极化因子。

分析金属微粒- 绝缘介质的有效介电常数,与试验结果比较符合。该公式的特点是考虑近场效应,从理论上说可以在整个浓度范围内使用。

4结语

(1)耐高温微透波材料的体系很多,涉及到无机材料以及有机材料,但材料体系方面的研究,仍然是美国等国家处于领先地位。关于材料体系与相关工艺的研究,是我国科研工作者首选的方向。尤以轻质、绝热、高强材料与结构的研究居首。

(2)关于耐高温微透波材料透波理论的研究,针对不同波段,建立准确的透波模型,可从数值计算入手,与实际试验相对比,从而加深对理论的理解。

(3)ε的预测与测定,尤其高温状态下,ε的变化规律,在无机材料测试领域应该是特需注意的问题。测试的相关设备以及相关理论研究应为重点。

参考文献

1仝毅,周馨我. 微波透波材料的研究进展. 材料导报,

1997; 11 (3) : 1～5

2Fellows B J. Investigation into the nature of bioactivity in

the calcium phosphate system. In: Ceramics in Clinical App lica2

tions, 1986: 283～288

3彭望泽等. 防空导弹天线罩. 北京:宇航出版社, 1987:

175～178

4曹运红,杨鸿昌. 新型无机聚合物基复合材料. 飞航

导弹, 2004; (4) : 53～55

5Bryte. High performance radome & antenna materials.

High Performance Composites, 1999; (7) : 15

6Andrew Facciano. High2temperature composite app lica2

tions for supersonic missile airframes. SAMPE Journal, 2001;

(1) : 9～23

7Talmy I G, Martin C A, HaughtD A et. al. Electromag2

neticWindow. US5573986, 1996

8张大海,黎义,高文. 高温天线罩材料研究进展. 宇航

材料工艺, 2004; 34 (2) : 14～16

9高冬云,王树海,潘伟等. 高速导弹天线罩用无机透

波材料. 现代技术陶瓷, 2005; (4) : 33～35

10Lew I SD, Spann J R. A assement of new radome mate2

rial as rep lacement for pyroceram 9606. In: Proceedings of the

16th symposium on electro2magnetic windows. Washington D C:

Naval Research Laboratory, 1982: 429～436

11李金刚,曹茂盛,张永等. 国外透波材料高温电性能

研究进展. 材料工程, 2005; (2) : 59～62

12Golden K E. The p rediction and measure of dielectric

p roperties and RF transmission through ablating BN antenna win2

dows. In: A IAA 16th thermophysical conference. Palo Alto, A IAA

- 81 - 1085, 1981: 23～25

13胡连成,黎义,于翘. 俄罗斯航天透波材料现状考

察. 宇航材料工艺, 1994; 24 (1) : 48～52

14张谟杰. 俄罗斯导弹天线罩研制情况介绍———赴俄

罗斯考察报告. 制导与引信, 1998; (1) : 16～19

15陈虹,张联盟,罗文辉. 透波陶瓷材料的研究现状. 陶

瓷学报, 2003; 24 (3) : 189～192

16Barta J, ManelaM. Si3N4 and Si2N2O for high perform2

ance radomes.Matrials Science and Engineering, 1985; 71: 265～272

17王磊. Si3N4基导弹天线罩材料的研究. 山东大学硕

士学位论文, 2005

18Lee Sangjin, KrivenW M. Fabrication of low thermal ex2 pansion and low dielectric ceramic substrates by control of micro2structure. Ceramic Processing Research, 2003; 4 (3) : 118～121

19张伟儒,王重海,刘建等. 高性能透波Si3N4 - BN基陶瓷复合材料的研究. 硅酸盐通报, 2003; (3) : 3～6

20闫联生,李贺军,崔红. 高温陶瓷透波材料研究进展. 宇航材料工艺, 2004; 34 (2) : 14～16 21崔文亮. 熔融石英陶瓷的性能改进研究. 武汉理工大学硕士论文, 2003

22徐常明,王士维,黄校先等. 无压烧结制备Si3N4 /SiO2复合材料. 无机材料学报, 2006; (4) : 935～938

23肖永栋,刘红影,方晓敏. 新型无机烧蚀材料的性能及潜在用途. 玻璃钢/复合材料, 2003;

(3) : 46～47

24齐共金,张长瑞,胡海峰等. 陶瓷基复合材料天线罩制备工艺进展. 硅酸盐学报, 2005; 5 (33) : 632638

25张俊宝,温广武,贾德昌等. 硅氧氮陶瓷先驱体法合成及性能的研究. 航空材料学报, 2001;

21 (3) : 39

26王新鹏,田莳. 碳化硅纤维增强磷酸铝基复合材料的制备和性能研究. 功能材料, 2005;

36 (11) : 1 693～1 696

27曹海琳,张杰,黄玉冬等. 磷酸铬铝高温透波材料的制备和性能研究. 宇航材料工艺, 2004;

34 (2) : 29～31

28吴兴惠,项金钟. 现代材料计算与设计教程. 北京:电子工业出版社, 2002: 204～206

29Arvas E, RahhalarabiA, PekelU et al. Electromagnetictransmission through a small radome of arbitrary shape. IEE Pro2ceedings, 1990; 137 (6) : 401～403

30WiltshireM C K, Shamonina E, Young IR et al. Disper2sion characteristics of magneto2inductive waves: comparison be2tween theory and experiment. Electronics Letters, 2003; 39 (2) :215～217 31Lewei,LeongMookseng, Yeo Tatsoon et al. Electro2magnetic radiation from a p rolate spheroidal antenclosed in confocal spheroidal radome. IEEE Transactions on Antennas and

Propagation, 2002; 50 (11) : 1 525～1 560

32TingaW R, VossW A G. Eneralized approach to multiphase

dielectricmixture theory. Appl. Phys. ,1973; 44(9) : 3 897～3 902

33Calame J P, Birman A, Carmel Y et al. A dielectric

mixing law for porous ceramics based on fractal boundaries. Ap2

p l. Phys. , 1996; 80 (7) : 3 992～4 000

34Dang ZM, Shen Y, Nan C W. Dielectric behavior of

three2phase percolative Ni - BaTiO3 /polyvinylidene fluoride com2

posites. App l. Phys. Lett. , 2002; 81 (25) : 4 814～4 816

35L iu J G, Wilcox D L. Dielectric mixture model for a

hollow2ceramic2sphere composite. App l. Phys. , 1995; 77 ( 12) :

6 456～6 461

36Fan X C, Chen XM. FEM simulation ofmicrowave die2

lectric p roperties for biphase ceramics. European Ceramic Socie2

ty, 2005; 26: 2 179～2 183

37Gomez T E, Alvarez2Arenas. Highly coup led dielectric

behavior of porous ceramics embedding a polymer. App l. Phys.

Lett. , 1996; 62 (8) : 263～265

38Kikuo Wakino. A new equation for p redicting the die2

lectric constant of a mixture. Am. Ceram. Soc. , 1993; 76 (10) :

2 588～2 594

39叶齐政,李劲,顾温国等. 与粒径分布有关的混合体有效介电常数. 华中理工大学学报, 1999; 27 (12) : 110～111

薛庆忠,李文瀛. 二元无规混合物的有效介电常数计算公式的改进. 石油大学学报(自然科学版) , 1999; 23 (4) :102～104

班级：09752

学号：47

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。

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/c51750926.html,

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

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/c51750926.html,ki.tcxb.2009.04.022

透波材料介绍

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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

新型纳米吸波涂层材料的研究进展

新型纳米吸波涂层材料的研究进展 ： 1引言 随着现代军事技术的迅猛发展，世界各国的防御体系被敌方探测、跟踪和攻击的可能性越来越大，军事目标的生存能力和武器系统的突防能力受到了严重威胁。隐身技术作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为集陆、海、空、天、电、磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，并受到世界各国的高度重视。现代化战争对吸波材料的吸波性能要求越来越高，一般传统的吸波材料很难满足需要。由于结构和组成的特殊性，使得纳米吸波涂料成为隐身技术的新亮点。纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料，如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜及纳米微晶材料等，一

般是由尺寸在1～100nm的物质组成的微粉体系。 2纳米吸波涂层的吸波原理和结构特性 吸波材料的吸波实质是吸收或衰减入射的电磁 波，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转变成热能或其它形式的能量而耗散掉。吸波材料一般由基体材料与吸收介质复合而成。吸波材料可以分为电损耗型和磁损耗型2类。电损耗型材料主要靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化来吸收、衰减电磁波。磁损耗型材料主要是靠磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁激化机制来引起电磁波的吸收和衰减。由于纳米晶粒细小，使其晶界上的原子数多于晶粒内部的，即产生高浓度晶界，使纳米材料有许多不同

于一般粗晶材料的性能。纳米微粒具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、介电效应和宏观量子隧道效应等。纳米材料之所以具有非常优良的吸波性能，主要是以下原因：首先，纳米材料具有高浓度晶界，晶界面原子的比表面积大、悬空键多、界面极化强，容易产生多重散射，在电磁场辐射作用下，由于纳米粒子的表面效应造成原子、电子运动的加剧而磁化，使电磁能更加有效地转化为热能，产生了强烈的吸波效应;其次，量子尺寸效应的存在使纳米粒子的电子能级发生分裂，分裂的能级间隔正处于微波的能级范围，从而成为纳米材料新的吸波通道;此外纳米离子具有较大的饱和磁感、高的磁滞损耗和矫顽力，使得纳米材料具有涡流损耗高、居里点及使用温度高、吸波频率宽等性能。纳米材料的这种结构特征使得纳米吸波材料具有吸收频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点，易满足雷达吸波材料薄、轻、宽、强的要求，是一种非常有发展前景的高性能、多功能吸收剂。

透波复合材料

透波复合材料

1. 引言 利比亚战争中以美国为首的多国部队动用了大量先进的隐形战机和精确制导武器，如F16/F18、幻影2000、战斧式巡航导弹等，在短短几个小时内，就使得利比亚政府的通讯、交通、指挥等系统全部瘫痪。可见各类导弹在战场上发挥着重要的作用。 作为重要的透波部件，天线罩位于导弹头部，多为锥形或半球形，它既是弹体的结构件，又是无线电寻的制导系统的重要组成部分[1]。在导弹飞行过程中，它既要承受气动载荷、气动热等恶劣环境，又要作为发射和接收电磁波的通道，保证信号的正常传输，从而使导弹顺利完成制导和引爆等任务[1]。此外，为了减少导弹头部气动阻力，天线罩还必须具有合适的气动外形[1,2]。因此，天线罩能够保护导弹的制导、通讯、遥测、引爆等系统在恶劣环境条件下正常工作，是一种集承载、导流、透波、防热、耐蚀等多功能为一体的结构/功能部件[3,4]。 随着导弹飞行马赫数的不断提高，处于导弹气动力和气动热最大最高位置的天线罩需承受的温度和热冲击越来越高。新一代战术导弹的再入速度可高达几十个马赫，这使得导弹天线罩的工作环境日趋恶劣[5]。高温透波材料研究的滞后是制约导弹技术发展的瓶颈之一。因此，高马赫数导弹天线罩热透波材料必须具备良好的综合性能，归纳起来，主要有以下几点[6]： （1）力学性能优良。断裂强度和韧性高，可承受高马赫数导弹高速飞行时纵向过载和横向过载产生的剪力、弯矩和轴向力，且要具有一定的刚性，使其在受力时不易变形。 （2）介电性能优异。介电常数ε低，损耗角正切值tgδ小。通常情况下，在0.3～300GHz频率范围内，天线罩材料的适宜介电常数ε应小于4，损耗角正切tgδ在10-3数量级以下，这样才能获得较理想的透波性能和瞄准误差特性。 （3）抗热震性和耐热性好。天线罩必须承受由于气动加热引起的剧烈热冲击和高温环境，高马赫数导弹天线罩更要能承受2000oC以上的高温。 （4）经得起雨蚀、粒子蚀、辐射等恶劣环境条件。 （5）原料易得，易于加工，成本低廉等。 2. 热透波复合材料的分类 相比于纯陶瓷材料，陶瓷基复合材料的最大优势在于很高的抗热冲击性能和结构可靠性，特别适用于高超声速再入的热力载荷环境。主要有两类：二氧化硅复合材料为了大幅度提高热透波材料的抗热冲击性能，满足高速再入环境条件需求，20 世纪70 年代末至80 年代初，美国菲格福特公司 ( Philco-Ford) 和通用电器公司( General Electric) 首先开展了石英纤维增强二氧化硅热透波复合材料研究工作[7-8]，发展了材料制备工艺，比较全面地评价了材

红外透波材料的研究发展讲课稿

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 2.1 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。

2.2 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。 2.3 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。 2.4 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 3.1 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。 3.1.1 氧化物玻璃 普通的氧化物玻璃包括铝酸盐玻璃、锑酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃、镓酸盐玻璃和锗酸盐玻璃等。由于高温稳定性远不如其他晶体材料好，而且氧化物玻璃存在金属氧化物键的振动导致在3-6μm波段吸收中断，不能透过波长更长的红外辐射，因而应用受到限制。

材料 透波率

??透波材料 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 材料及描述 以下材料专门应用于需要高透波率的地方，阻燃、产品描述? 97% 97% 92% 95% 97% 99% 99%移动通讯基站点天线罩、气象雷达罩、车载天线罩、天线包封材料、微波天线罩? 99%透波率、表面光泽、耐老化ASA?ASA-T02? 90%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6?CT01? 96%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6?CK04? 97%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6?CK06? 96%透波率、尺寸稳定、抗UV、耐候PC?PC-T01? 97%透波率、尺寸稳定、抗UV、耐候PC?PC-K06?

92%透波率、抗UV 、耐交替高低温、耐老化PP?PP-T01?低成本化民用、长期户外使用天线罩、民用楼顶高敏接收天线罩? 95%透波率、抗UV 、耐交替高低温、耐老化PP?PP-T02? 97%透波率、抗UV 、耐交替高低温、耐老化PP?PP-T03? ?军用透波复合材料的研究进展 1．前言 ???现代战争是从电子战开始的，即在争取“制空权”时，很大程度上是在争取“制电磁权”。战争的任何一方失去了“制电磁权”在硬武器较量中将处于被动挨打的地位,电子战被视为第四维战场。而这些先进设备的应用离开了雷达罩的技术发展是不可能实现的。 ??? 高透波率，而且要有低吸收率。要条件。 ??化铝、二氧化硅、玻璃陶瓷、氮化硅、氮化硼等范用于军用航空透波复合材料的研究进展。 2．电性能要求 ??? 能如下式[1]lg εN =υf 其中υm =1εN εf εm ε0υf υm υ0 υf -υ0)εf ε0tg δm + υ0εm εf tg δ0]εN }/εm εf ε0 一般υ0很少，通常要求<1%，因此复合材料中的εN 和tg δ⊥主要决定于εm 、tg δm 、εf 和tg δf ，也就是复合材料的电性能取决于增强纤维和基体材料。 3.增强体纤维材料 3.1国外增强体纤维材料研究现状 ???在透波复合材料中最早使用的是E 玻璃纤维,后来又有特种玻璃纤维,是指高强度玻璃纤维(S-glass),高模量玻璃纤维(M-glass)和低介电玻璃纤维(D-glass)[2]。真正用于雷达罩的专用玻璃纤维主要是D 玻璃纤维、石英纤维和高硅氧玻璃纤维，D 玻璃纤维专用于雷达罩,它具有较低的介电常数和正切损耗,但同时,机械性能较低,一般仅为E 玻璃纤维的70%,为达到一定的介电性能时,往往采用D 玻璃纤维。新型低介D 电玻璃纤维是一种硅硼纤维（72%－75％的SiO 2，23％的

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、共混微波陶瓷介质与复合纤维等手段,在保证材料有良好承受机械力与其它性能的同时,调节材料的介电常数与耗散因数,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,介电常数与耗散因数就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、雷达罩与天线罩应用: 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与抗老化能力。 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与经验; B、透波材料的低介电常数与低介质损耗就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。其技术难点主要就是材料的透波率,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)

三、其它知识 吸波材料就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,目前的办法只就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,需要先发制人与远发制人,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与长距离隐蔽飞行,天线罩技术就成了主要的“瓶颈”之一。其技术难点主要就是天线罩材料的透波率与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与刚性重量比,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,就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、高速列车及其她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,具有良好的防振动与抗老化能力的产品。 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)

材料透波率

透波材料 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。 材料及描述 以下材料专门应用于需要高透波率的地方，同时还可以根据需要选择其它性能：尺寸稳定、阻燃、韧性、耐高温、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐候、耐老化 产品描述牌号应用？ 97%透波率、超耐高温改性PEEKPEEK-K06军事、航空、航海特种雷达用天线罩、附属部件、气象设备外壳罩、科研仪器设备、探测用途？ 97%透波率、高刚性、耐高温PIPI-K05？ 92%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPSPPS-T01？ 95%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPSPPS-T02？ 97%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPSPPS-T03？ 99%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPSPPS-T04？ 99%透波率、表面光泽、耐老化ASAASA-T01民用天线罩：移动通讯基站点天线罩、气象雷达罩、车载天线罩、天线包封材料、微波天线罩？ 99%透波率、表面光泽、耐老化ASAASA-T02？ 90%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6CT01？ 96%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6CK04？ 97%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6CK06？ 96%透波率、尺寸稳定、抗UV、耐候PCPC-T01？

耐高温透波材料及其性能研究进展

耐高温透波材料及其性能研究进展 文摘介绍了国内外高温透波材料的发展现状,并且对高温透波材料的种类进行了详细阐述。通过对材料种类的分析与选择,对影响材料透波性能的因素进行了分析。通过对现行透波材料及其透波理论体系的论述,对高温透波材料存在的问题进行了总结。 关键词透波材料,介电常数,透波原理 前言 高温透波材料是指对波长在1～1 000 mm、频率在0. 3～300 GHz的电磁波在足够高的温度下的透过率> 70%的材料[ 1 ] 。一般情况下,在该频率范围内,透波材料适宜ε为1～4, tgδ为10- 1 ～10- 3 ,这样才能获得理想的透波性能与较小的插入损失[ 2 ] 。结构透波材料体系主要有耐高温及常温应用的透波材料,这两种材料体系的典型代表分别为陶瓷透波材料及聚合物基复合材料。陶瓷透波材料与聚合物基复合材料分别应用于导弹、飞行器天线罩、天线窗以及雷天线罩等几类产品。本文将重点介绍高温透波材料即防热型透波功能材料的研究工作。 1 高温透波材料体系 高温透波材料是一种兼有耐高温性能与透波性能的介质材料,高温透波材料体系主要有:陶瓷基复合材料与聚合物基复合材料。 1. 1陶瓷透波材料是一种兼有耐高温性能与透波性能的介质材料,高温透波材料体系主要有:陶瓷基复合材料与聚合物基复合材料。 陶瓷透波材料可分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。前者有氧化铝陶瓷、石英陶瓷、氧化铍陶瓷、微晶玻璃、堇青石陶瓷等等。非氧化物陶瓷主要有氮化硼(BN)和氮化硅( Si3N4 ) [ 3 ] 。1. 1. 1氧化物陶瓷 (1)氧化铝陶瓷(Al2O3 ) 在天线罩材料发展史上,氧化铝陶瓷是继纤维增强复合材料之后最早被采用的单一氧化物陶瓷。用作透波材料时,其Al2O3质量分数为97%～99%。 (2)微晶玻璃 微晶玻璃是20世纪50年代中期美国康宁公司发现的一种新型无机材料。它是借助控制晶化的方法,使特定组成的透明玻璃失透晶化,形成无数直径< 1μm的微小晶粒,从而获得性能优异的不透明瓷质材料,因在结构上与陶瓷相似,故也称为玻璃陶瓷。在60年代就被广泛用来代替氧化铝制造马赫数在3～4的多种型号防空导弹天线罩。我国已成功地用3- 3料微晶玻璃制造了飞行器天线罩。 (3)堇青石陶瓷 堇青石陶瓷是以堇青石为主晶相的陶瓷材料,用作透波材料的典型堇青石陶瓷是雷声公司生产的Rayceram Ⅲ,它是由泥浆浇铸或等静压成型,然后加热烧结而成。 (4)石英陶瓷 石英陶瓷为单一氧化物陶瓷,其主要成分与透明或半透明的熔融石英一样都是二氧化硅,但由于采用泥浆浇注和烧结等陶瓷材料的制造方法,所得到的是不透明的陶瓷质材料,故称石英陶瓷。 1. 1. 2氮化物陶瓷 (1) Si3N4 Si3N4是共价健强的陶瓷材料,具有高的原子结合强度,在高温下几乎不变形。Si3N4作为透波材料而引起人们兴趣除了耐高温外,还因为它具有特殊的抗热冲击性和高强度,且硬度和强度在高温下很少下降。作为透波材料,它既具有氧化铝陶瓷的优点,又具有石英陶瓷的某些优点,