吸波復(fù)合材料

1、許許 健健背景介紹背景介紹吸波復(fù)合材料的應(yīng)用吸波復(fù)合材料的應(yīng)用吸波復(fù)合材料的分類吸波復(fù)合材料的分類 溶膠溶膠- -凝膠法凝膠法結(jié)構(gòu)型吸波材料結(jié)構(gòu)型吸波材料展展 望望 溶膠溶膠- -凝膠法凝膠法 溶膠溶膠- -凝膠法凝膠法涂覆型吸波材料涂覆型吸波材料Contents背背 景景軍用隱身技術(shù)軍用隱身技術(shù)(stealthy technique)(stealthy technique)的基本概念的基本概念 軍用隱身就是使敵方的各種探測(cè)系統(tǒng)軍用隱身就是使敵方的各種探測(cè)系統(tǒng)( 如雷達(dá)、紅如雷達(dá)、紅外、電子、可見(jiàn)光及聲波等探測(cè)系統(tǒng)等外、電子、可見(jiàn)光及聲波等探測(cè)系統(tǒng)等)發(fā)現(xiàn)不了我方發(fā)現(xiàn)不了我方的武器，無(wú)法實(shí)施攔

2、截和攻擊。的武器，無(wú)法實(shí)施攔截和攻擊。 隱身技術(shù)是一項(xiàng)高技術(shù)綜合體，目的是使敵方探隱身技術(shù)是一項(xiàng)高技術(shù)綜合體，目的是使敵方探測(cè)器接收到的信號(hào)降低到零。它主要包括兩個(gè)方面，測(cè)器接收到的信號(hào)降低到零。它主要包括兩個(gè)方面，即即外形設(shè)計(jì)技術(shù)外形設(shè)計(jì)技術(shù)、隱身材料隱身材料的使用的使用，并使這兩種技術(shù)，并使這兩種技術(shù)有機(jī)結(jié)合。有機(jī)結(jié)合。 隱身材料聲隱身材料:包括吸聲材料，隔聲材料，消聲材料等，主要用于潛艇的螺旋槳和外殼的消聲瓦，避開(kāi)敵方的聲納系統(tǒng)。紅外隱身材料就是要降低物體的紅外輻射或者使物體的紅外輻射與背景基本達(dá)到一致，難以被敵人的紅外探測(cè)器發(fā)。紅外隱身材料主要用于飛機(jī)蒙皮，坦克外殼等部位?？梢?jiàn)光隱身材

3、料一般采用顏色與環(huán)境一致的保護(hù)色材料，形成與背景顏色接近的迷彩圖案，用于戰(zhàn)斗機(jī)、坦克、裝甲車等軍用裝備。激光隱身材料用來(lái)對(duì)抗激光制導(dǎo)武器、激光雷達(dá)等，這些材料對(duì)激光的反射率低而吸收率高。雷達(dá)隱身材料（也稱吸波材料）能吸收雷達(dá)波，使反射波減弱甚至不反射雷達(dá)波，從而達(dá)到隱身的目的。隱隱 身身 材材 料料吸波材料的早期應(yīng)用SR-71 （黑鳥(niǎo)）吸波材料的快速發(fā)展 F-117AF-117A（夜鷹）戰(zhàn)斗機(jī)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中取得的巨大成績(jī)促使（夜鷹）戰(zhàn)斗機(jī)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中取得的巨大成績(jī)促使吸波材料快速的發(fā)展。吸波材料快速的發(fā)展。F-117A“F-117A“夜鷹夜鷹”隱形戰(zhàn)斗機(jī)隱形戰(zhàn)斗機(jī)外形像一個(gè)堆積起來(lái)的復(fù)雜多面體，

4、大部分表面向后傾斜，具有外形像一個(gè)堆積起來(lái)的復(fù)雜多面體，大部分表面向后傾斜，具有大后掠機(jī)翼和大后掠機(jī)翼和V V形垂尾。這種外形能使反射雷達(dá)波改變方向，產(chǎn)形垂尾。這種外形能使反射雷達(dá)波改變方向，產(chǎn)生散射，敵方雷達(dá)很難收到反射信號(hào)。生散射，敵方雷達(dá)很難收到反射信號(hào)。F F117117的機(jī)身、機(jī)翼和垂的機(jī)身、機(jī)翼和垂尾大量采用了玻璃纖維、碳纖維等雷達(dá)隱身材料。尾大量采用了玻璃纖維、碳纖維等雷達(dá)隱身材料。 軍軍 用用 領(lǐng)領(lǐng) 域域LOGO防輻射鍵盤(pán)防輻射鍵盤(pán)防輻射天線防輻射天線鐵氧體電磁吸收環(huán)（用于鐵氧體電磁吸收環(huán)（用于通信，導(dǎo)航，電磁兼容）通信，導(dǎo)航，電磁兼容）民民 用用 領(lǐng)領(lǐng) 域域吸吸 波波 材材

5、料料 的的 介介 紹紹電電 磁磁 波波 吸吸 收收 原原 理理 吸吸 波波 材材 料料 的的 分分 類類分類分類涂覆型涂覆型涂料涂料(如鐵氧體如鐵氧體)結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型 碳纖維骨架和碳纖維骨架和碳基體（碳粒、碳基體（碳粒、碳化硅粉等）碳化硅粉等）組成的復(fù)合材組成的復(fù)合材料料貼片（塑料、橡膠貼片（塑料、橡膠和陶瓷）和陶瓷）非隱身材料與隱身材料比較示意圖非隱身材料與隱身材料比較示意圖 雷達(dá)依據(jù)目標(biāo)反射的電磁波來(lái)跟蹤目標(biāo)。根據(jù)反射信號(hào)的強(qiáng)雷達(dá)依據(jù)目標(biāo)反射的電磁波來(lái)跟蹤目標(biāo)。根據(jù)反射信號(hào)的強(qiáng)弱、方位、時(shí)間等信息可計(jì)算出敵方目標(biāo)的方位、運(yùn)動(dòng)速度等。弱、方位、時(shí)間等信息可計(jì)算出敵方目標(biāo)的方位、運(yùn)動(dòng)速度等。目標(biāo)

6、的反射信號(hào)越強(qiáng)，雷達(dá)就越容易探測(cè)到目標(biāo)。目標(biāo)的反射信號(hào)越強(qiáng)，雷達(dá)就越容易探測(cè)到目標(biāo)。雷達(dá)隱身材料雷達(dá)隱身材料（也稱（也稱吸波材料吸波材料）能吸收雷達(dá)波，使反射波減弱甚至不反射雷達(dá)）能吸收雷達(dá)波，使反射波減弱甚至不反射雷達(dá)波，從而達(dá)到隱身的目的。吸波材料主要是通過(guò)電磁能轉(zhuǎn)化為熱波，從而達(dá)到隱身的目的。吸波材料主要是通過(guò)電磁能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散或者使電磁波因干涉而抵消。能而耗散或者使電磁波因干涉而抵消。 雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)電磁波頻譜的劃分電磁波頻譜的劃分 頻段 波長(zhǎng)范圍 頻率范圍極高頻(EHF) 0.11 cm 30 300 GHz特高頻(SHF) 1 10 cm 3 30 GHz超高頻(UHF) 1

7、0 100 cm 0.3 3 GHz甚高頻(VHF) 1 10 m 30 300 MHz高頻(HF) 10 100 m 3 30 MHz中頻(MF) 0.1 1 km 0.3 3 MHz低頻(LF) 1 10 km 30 300 kHz甚低頻(VLF) 10 100 km 3 30 kHz超低頻(ULF) 0.1 1 Mm 0.3 3 kHz特低頻(SLF) 1 10 Mm 30 300 Hz極低頻(ELF) 10 100 Mm 3 30 Hz要求隱身材料要求隱身材料具備寬頻帶吸具備寬頻帶吸波特性，即用波特性，即用同一種隱身材同一種隱身材料對(duì)抗多種波料對(duì)抗多種波段的電磁波源段的電磁波源的探測(cè)。

8、的探測(cè)。兼容化兼容化需要將多種材需要將多種材料進(jìn)行各種料進(jìn)行各種形式的復(fù)合以形式的復(fù)合以滿足滿足”薄、寬、薄、寬、輕、強(qiáng)輕、強(qiáng)”等綜等綜合性能。合性能。復(fù)合化復(fù)合化智能型材料是智能型材料是一種具有感知一種具有感知功能、信息處功能、信息處理功能、自我理功能、自我指令并對(duì)信號(hào)指令并對(duì)信號(hào)作出最佳響應(yīng)作出最佳響應(yīng)功能的材料。功能的材料。智能化智能化 雷達(dá)吸波復(fù)合材料至少有三層雷達(dá)吸波復(fù)合材料至少有三層( (有的達(dá)幾十層有的達(dá)幾十層) )。最外。最外層是透波層通常由涂覆透波樹(shù)脂涂層的特殊碳纖維編織層是透波層通常由涂覆透波樹(shù)脂涂層的特殊碳纖維編織物編成；中間層為電磁損耗層，由低介電性能的特殊碳纖物編成；

9、中間層為電磁損耗層，由低介電性能的特殊碳纖維，石英纖維，玻璃纖維或混雜纖維與電磁損耗填加物組維，石英纖維，玻璃纖維或混雜纖維與電磁損耗填加物組成。中間層還可以設(shè)計(jì)成波紋形，角錐形，蜂窩夾芯成。中間層還可以設(shè)計(jì)成波紋形，角錐形，蜂窩夾芯( (單層單層或多層蜂窩夾芯層或多層蜂窩夾芯層) )，泡沫夾芯等。最內(nèi)層，泡沫夾芯等。最內(nèi)層( (底板基板層底板基板層) )必須具有反射雷達(dá)波的特性，一般由碳纖維復(fù)合材料或金必須具有反射雷達(dá)波的特性，一般由碳纖維復(fù)合材料或金屬材料組成。中層間的吸波填料可以是無(wú)規(guī)則球形粒子，屬材料組成。中層間的吸波填料可以是無(wú)規(guī)則球形粒子，無(wú)規(guī)則纖維或片狀填料。使用球形填料較多，它

10、有利于改無(wú)規(guī)則纖維或片狀填料。使用球形填料較多，它有利于改進(jìn)結(jié)構(gòu)性能和熱特性。進(jìn)結(jié)構(gòu)性能和熱特性。飛機(jī)上采用的一些吸波結(jié)構(gòu)形式飛機(jī)上采用的一些吸波結(jié)構(gòu)形式（1 1）波紋夾層結(jié)構(gòu)）波紋夾層結(jié)構(gòu)波紋板可用吸波材料組成，波紋板可用吸波材料組成， 也可在波紋板上涂覆吸波涂料。波紋板也可在波紋板上涂覆吸波涂料。波紋板為兩個(gè)斜面相交的結(jié)構(gòu)有利于多次吸波。為兩個(gè)斜面相交的結(jié)構(gòu)有利于多次吸波。(2)(2)角錐夾層結(jié)構(gòu)角錐夾層結(jié)構(gòu)作為夾層的角錐是吸波材料，也可涂駐波涂料。角錐四個(gè)斜面相交。作為夾層的角錐是吸波材料，也可涂駐波涂料。角錐四個(gè)斜面相交。角錐高度角錐高度( (吸收體厚度吸收體厚度) )不同，有效吸波范

11、圍不同。把碳粉或金屬粉分不同，有效吸波范圍不同。把碳粉或金屬粉分散于橡膠中壓制成的角錐空心結(jié)構(gòu)，其吸波范圍隨角錐高度變化。角散于橡膠中壓制成的角錐空心結(jié)構(gòu)，其吸波范圍隨角錐高度變化。角錐夾層的頂角一般在錐夾層的頂角一般在4040。左右。左右。(3)(3)吸波材料充填結(jié)構(gòu)吸波材料充填結(jié)構(gòu)在透波材料制造的蜂窩夾芯中充填曖波材料在透波材料制造的蜂窩夾芯中充填曖波材料 吸波材料可以是絮狀、泡吸波材料可以是絮狀、泡沫狀、球狀或沫狀、球狀或 纖維狀等。一般將空心球作為吸收體效果較好纖維狀等。一般將空心球作為吸收體效果較好. .(4)(4)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)上面是蜂窩，下面是吸波材料，蜂窩由透波材料制

12、成，吸上面是蜂窩，下面是吸波材料，蜂窩由透波材料制成，吸波材料是多層的波材料是多層的用膠接或機(jī)械方法把事先制備的吸波材料和復(fù)合材料組合成用膠接或機(jī)械方法把事先制備的吸波材料和復(fù)合材料組合成層狀體，總厚度控制在雷達(dá)波長(zhǎng)的一半層狀體，總厚度控制在雷達(dá)波長(zhǎng)的一半(5)(5)多層吸波結(jié)構(gòu)多層吸波結(jié)構(gòu)納米吸波復(fù)合材料的應(yīng)用納米吸波復(fù)合材料的應(yīng)用一、結(jié)構(gòu)型納米復(fù)合材料一、結(jié)構(gòu)型納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)型納米吸波復(fù)合材料是將吸收劑分散在由結(jié)構(gòu)型納米吸波復(fù)合材料是將吸收劑分散在由特種纖維特種纖維( (如石英纖維、玻璃纖維等如石英纖維、玻璃纖維等) )增強(qiáng)的結(jié)增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中所形成的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，它具有構(gòu)復(fù)合材料中

13、所形成的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，它具有承載和吸收雷達(dá)波的雙重功能。承載和吸收雷達(dá)波的雙重功能。上圖是一種用于飛機(jī)機(jī)翼前緣的吸波復(fù)合結(jié)構(gòu)。它的蒙皮由玻璃纖上圖是一種用于飛機(jī)機(jī)翼前緣的吸波復(fù)合結(jié)構(gòu)。它的蒙皮由玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成，厚維增強(qiáng)塑料制成，厚0 0。76mm76mm，其氣動(dòng)外形由未填充吸收劑的剛性泡沫，其氣動(dòng)外形由未填充吸收劑的剛性泡沫材料來(lái)保證；剛性泡沫體的內(nèi)側(cè)涂敷填充了鋁粉的涂層，可以使部分材料來(lái)保證；剛性泡沫體的內(nèi)側(cè)涂敷填充了鋁粉的涂層，可以使部分入射的電磁波散射到其他方向，而不回到雷達(dá)接收站；泡沫材料中填入射的電磁波散射到其他方向，而不回到雷達(dá)接收站；泡沫材料中填充有吸收劑，并且呈一定的梯度

14、以便更好地衰減入射電磁波；整個(gè)結(jié)充有吸收劑，并且呈一定的梯度以便更好地衰減入射電磁波；整個(gè)結(jié)構(gòu)主要由翼梁支撐。構(gòu)主要由翼梁支撐。上圖所示的飛行器機(jī)翼前緣為寬頻吸波結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)吸波材料為上圖所示的飛行器機(jī)翼前緣為寬頻吸波結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)吸波材料為3 3層結(jié)構(gòu)，層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)外蒙皮很薄其內(nèi)外蒙皮很薄(0(05 51 15mm)5mm)，內(nèi)蒙皮由電阻織物構(gòu)成的增強(qiáng)塑料制，內(nèi)蒙皮由電阻織物構(gòu)成的增強(qiáng)塑料制造，在結(jié)構(gòu)受力的內(nèi)蒙皮圖造，在結(jié)構(gòu)受力的內(nèi)蒙皮圖2 2飛行器機(jī)翼前緣吸波復(fù)合結(jié)構(gòu)通常采用鍍金飛行器機(jī)翼前緣吸波復(fù)合結(jié)構(gòu)通常采用鍍金屬的玻璃布制成，在內(nèi)外蒙皮之間填充輕質(zhì)吸波材料，在制造過(guò)程中加屬的玻璃布制成

15、，在內(nèi)外蒙皮之間填充輕質(zhì)吸波材料，在制造過(guò)程中加入吸波成分，夾層中填料濃度可改變，以便獲得良好匹配。入吸波成分，夾層中填料濃度可改變，以便獲得良好匹配。上圖是用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的吸波柵格結(jié)構(gòu)。其中，吸波帶由玻上圖是用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的吸波柵格結(jié)構(gòu)。其中，吸波帶由玻璃纖維增強(qiáng)的并浸漬有吸收劑的樹(shù)脂基復(fù)合材料制成，防護(hù)層為一璃纖維增強(qiáng)的并浸漬有吸收劑的樹(shù)脂基復(fù)合材料制成，防護(hù)層為一般玻璃鋼材料。整個(gè)柵格結(jié)構(gòu)固定在進(jìn)氣道唇口部位，可以有效地般玻璃鋼材料。整個(gè)柵格結(jié)構(gòu)固定在進(jìn)氣道唇口部位，可以有效地衰減入射雷達(dá)波。衰減入射雷達(dá)波。 通常是吸收劑與粘結(jié)劑混合后涂敷于目標(biāo)表面形成吸波復(fù)合涂層。將這通常

16、是吸收劑與粘結(jié)劑混合后涂敷于目標(biāo)表面形成吸波復(fù)合涂層。將這種涂層涂敷于目標(biāo)表面即可制成涂敷型納米吸波復(fù)合材料，目前研究較多的種涂層涂敷于目標(biāo)表面即可制成涂敷型納米吸波復(fù)合材料，目前研究較多的多層涂敷型吸波材料是由電損耗和磁損耗材料復(fù)合而成的多層涂敷型吸波材料是由電損耗和磁損耗材料復(fù)合而成的2 2層和層和3 3層吸波涂層。層吸波涂層。為應(yīng)對(duì)不同雷達(dá)的不同工作方式，現(xiàn)在的隱身飛機(jī)已經(jīng)開(kāi)始有選擇地用納米為應(yīng)對(duì)不同雷達(dá)的不同工作方式，現(xiàn)在的隱身飛機(jī)已經(jīng)開(kāi)始有選擇地用納米吸波材料，即將納米粉體均勻分散到飛機(jī)表面涂料當(dāng)中，以增強(qiáng)吸收雷達(dá)電吸波材料，即將納米粉體均勻分散到飛機(jī)表面涂料當(dāng)中，以增強(qiáng)吸收雷達(dá)電磁

17、波的效率。一些發(fā)達(dá)國(guó)家正在進(jìn)行主動(dòng)抵消技術(shù)的研究，即利用吸波材料磁波的效率。一些發(fā)達(dá)國(guó)家正在進(jìn)行主動(dòng)抵消技術(shù)的研究，即利用吸波材料先吸收大部分雷達(dá)波，剩下少量的反射波再利用主動(dòng)抵消技術(shù)將其全部抵消，先吸收大部分雷達(dá)波，剩下少量的反射波再利用主動(dòng)抵消技術(shù)將其全部抵消，這樣雷達(dá)就會(huì)完全失去作用。這樣雷達(dá)就會(huì)完全失去作用。展展 望望雷達(dá)吸波材料主要應(yīng)用于隱身飛機(jī)、導(dǎo)彈以及其它隱身武器系統(tǒng)，對(duì)于雷達(dá)吸波材料主要應(yīng)用于隱身飛機(jī)、導(dǎo)彈以及其它隱身武器系統(tǒng)，對(duì)于減輕武器系統(tǒng)，特別是飛行器的質(zhì)量，提高其隱身性、機(jī)動(dòng)性和生存能減輕武器系統(tǒng)，特別是飛行器的質(zhì)量，提高其隱身性、機(jī)動(dòng)性和生存能力具有重要的作用。高性能結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料作為吸波材料發(fā)展的重力具有重要的作用。高性能結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料作為吸波材料發(fā)展的重要方向，已大量應(yīng)用于隱身飛行器的制造。目前存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)要方向，已大量應(yīng)用于隱身飛行器的制造。目前存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)如下如下(1)(1)國(guó)外的吸波纖維及其復(fù)合材料已得到了較好的發(fā)展，并進(jìn)行了大量國(guó)外的吸波纖維及其復(fù)合材料已得到了較好的發(fā)展，并進(jìn)行了大量應(yīng)用；但國(guó)內(nèi)吸波復(fù)合材料研究普遍存在吸波效果不強(qiáng)、頻帶較窄等問(wèn)應(yīng)用；但國(guó)內(nèi)吸波復(fù)合材料研究普遍存在吸波效果不強(qiáng)、頻帶較窄等問(wèn)題；通過(guò)合理的碳纖維鋪排方式雖能提高其復(fù)合材料的吸波性能，但也題；通過(guò)合