吸波材料吸波性能的计算及其优化设计

吸波材料是现代武器系统隐身技术的关键材料,随着近年来隐身技术的迅猛发展,吸波材料的研究已经受到世界各国的高度重视。本文较详细地阐述了目前常用的涂覆型吸波材料和结构型吸波材料吸波性能的基本计算方法,并且对吸波材料的优化设计进行了简要的介绍。     

炭纤维及其复合材料的吸波性能和吸波机理

炭纤维和炭纤维复合材料在隐身技术中已经得到了广泛应用。通过分析连续炭纤维、短切炭纤维、螺旋形炭纤维、异形截面炭纤维、掺杂改性炭纤维及其复合材料的微波电磁特性和吸波性能,探讨了以上几种炭纤维的吸波机理,其中螺旋形炭纤维和异形截面炭纤维是最有发展前景的两种吸波炭纤维。     

复合吸波剂填充水泥基材料吸波性能研究

对水泥基掺杂混合吸波剂复合材料的吸收性能进行了研究，在水泥基体中分别填充不同比例的炭黑／二氧化锰、炭黑，铁粉、炭黑／铁氧体并进行吸波性能测试，结果表明试样在2．6～18GHz频段内具有更强的吸收性能，〉10dB的带宽最多可达12．4GHz。并用阻抗匹配和谐振理论解释了吸波剂含量和种类对吸收性能及吸收峰的影响。     

定伸长条件下PAN基预氧丝低温碳化的力学性能及其群子统计参数的考察

研究了低温碳化条件下不同的预牵引力和升温速率对纤维的力学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)方法对低温碳化丝进行了表征。发现当升温速率为5℃/min,1%的定牵引率时,得到的纤维的抗拉强度和抗拉模量都比较高,且直径比较小。同时应用第四统计力学对定牵伸条件下不同升温速率对纤维性能的群子参数进行了讨论,发现其可以很好模拟升温速率对纤维低温碳化过程的影响。     

增塑熔纺聚丙烯腈预氧丝的低温碳化过程

本文研究了增塑熔纺聚丙烯腈原丝在氧化为预氧化纤维后,进一步进行低温碳化,并探索了纤维在不同温度下(600~1000℃)和升温速率下的演变过程。本文采用差示扫描量热法(DSC),热失重分析(TGA),扫描电镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)等手段对纤维的性能进行表征。结果表明,在合适的升温速率下纤维具有较小的放热焓和较强的热稳定性及较高的碳收率。随着热处理温度的升高,纤维表面的杂质减小,同时断面变得越来越致密,但是当温度超过800℃后,纤维的表面会产生较多的微孔。     

Fe基玻璃包覆微丝的吸波性能研究

实验分析了微丝的组织结构，表明微丝是非晶态的，内部芯丝表面光滑，在长度方向上厚度均匀。用矢量网络分析仪测定了微丝的电磁参数，并进行了不同填充率不同厚度的单层吸波涂层设计，结果显示微丝在微波波段10～18GHz频段范围内具有较好的衰减特性，反射率最小值为--32dB，吸波效果好。     

胶原纤维-橡胶复合吸波材料的制备及其性能研究

以橡胶原料为基材、改性胶原纤维为吸波剂,通过混炼、热压成形的方法制备一种新的结构型吸波材料,并对其吸波性能和机械强度进行研究。实验结果表明:胶原吸波剂可均匀地分布在橡胶基材中形成结构型吸波材料,可见实验所用的方法适合于胶原吸波剂与橡胶基材的复合;复合材料有较好的吸波作用,吸波剂含量50%、厚度为2mm的材料对电磁波的最大反射损失为8.62dB、吸收强度大于5dB的频宽为3.2GHz;胶原吸波剂与橡胶基材复合后机械强度明显提高,与胶原吸波材料相比,复合吸波材料的抗张强度提高27.6%、撕裂强度提高99.6%;复合材料的吸波性能、机械强度与胶原吸波剂的含量有关,随着吸波剂含量的增加,吸波性能改善但机械强度减弱。     

结构吸波材料中纤维的电性能和吸波性能

评述了结构吸波材料中纤维的电性能和吸波性能,玻璃纤维,Ｋｅｖｌａｔ纤维不吸收雷达波,是理想的透波用纤维。经高温右墨化处理的碳纤维是雷达波的反射材料。末经高温石墨化与纤维方向垂直或斜交时,碳纤维上有吸波性能,ＳｉＣ纤维吸波性能与纤维的热处理条件、化学成分有关。在与玻璃陶瓷基体复合过程中发生化学反应,ＳｉＣ纤维表面生成的富碳界面有助于提高复合材料的吸收波性能。     

吸波剂用量对雷达吸波涂层吸收性能的影响

采用铁氧体、电阻型和电介质型物质作为吸波剂,制备出了具有阻抗渐变结构的三层复合雷达吸波涂层,探讨了表层、中层和底层吸波剂用量对吸波性能的影响.实验结果表明:增加表层、中层或底层吸波剂含量,均能使吸波性能曲线向低频端方向移动,反之,吸波性能曲线向高频端方向移动;选择适当的吸波剂用量才能拓宽、加深涂层的吸波性能.制备的试样中反射损耗可达-18.78dB和-33.15dB,其小于-10dB的频宽分别为4.08GHz和2.68GHz.     

吸收剂含量对结构吸波材料吸波性能的影响

用实验和理论计算研究了碳黑、铁氧体含量对碳纤维毡／环氧树脂结构吸波材料吸收性能的影响。并由此制得了最在吸收率为－１４．９３ｄＢ、吸收率超过－１０ｄＢ的有效带宽接近雷达的整个工作频率区间的较高性能结构吸波材料的厚度为５ｍｍ,密度为１．２２ｇ／ｃｍ＾２３     

两种连续SiC纤维的高温介电及吸波性能对比

采用XPS、XRD、Raman光谱等方法分析了两种典型SiC纤维的微观结构, 研究了微观结构对纤维电导性能的影响, 并揭示了其高温介电性能和吸波性能的演变规律, 对高温结构吸波复合材料的研究具有重要意义。研究表明: KD-I SiC纤维表面富碳, 而SLF SiC纤维以Si-C-O结构为主, 前者具有较高的电导率和复介电常数, 从而导致KD-I纤维与空气阻抗匹配差, 而SLF纤维的损耗较小, 因此两者在X波段的室温反射率仅为-3.2 dB和-0.3 dB。KD-I纤维的复介电常数随着温度的升高显著增大, SLF纤维的实部增幅较大而虚部略小, 两者在700℃时的复介电常数分别达到20.9-j25.0和5.0-j0.37, 高温条件下由于阻抗匹配均变差, 吸波性能无明显改善。     

含碳纳米管微波吸收材料的制备及其微波吸收性能研究

用竖式炉流动法,以二茂铁为催化剂,噻吩为助催化剂,苯为碳源通过催化裂解反应制备了碳纳米管,碳纳米管的外径为20-50nm,内径10-30nm,长度50-1000μm.分别以碳纳米管、羰基铁粉、碳纳米管与羰基铁粉的混合物为吸收剂制备了微波吸收材料,研究了上述三种微波吸收材料在2-18GHz的吸波性能,与纯碳纳米管和纯羰基铁粉微波吸收材料相比, 碳纳米管与羰基铁粉复合微波吸收材料在2-18GHz的吸收峰明显向低频移动.在含碳纳米管的微波吸收材料中,碳纳米管作为偶极子在交变电场的作用下,产生极化电流,电磁波的能量转换为其他形式的能量,瑞利散射效应和界面极化也是含碳纳米管微波吸收材料的主要吸波机理.     

树脂基Fe纳米粒子及碳纤维复合吸波平板的制备与性能

以Fe纳米粒子(Fe NPs)为吸波剂,偶联剂KH550为表面改性剂,碳纤维(CFs)作为增强及电磁波反射相,环氧树脂(ER)作为基体,制备多种吸波平板并对其综合性能及相关机制进行研究。结果表明:平板的吸波性能随Fe NPs和CFs含量的增加而提高,吸收剂浓度梯度分布有助于形成特定频段的共振吸收;平板对电磁波损耗具有明显的各向异性,表现为CFs垂直电磁波入射方向时性能优于平行情况,当Fe NPs的含量为30%(质量分数,下同),CFs为5.52%,板厚为4.56mm时,最小反射损耗为-26.8dB(4.9GHz);同时,CFs可改善平板的抗弯性能,当Fe NPs为30%时,弯曲强度相比于纯树脂时仅降低了5.81%。     

隐晶质石墨/LDPE复合材料的吸波性能

为了研究隐晶质石墨在吸波材料方面的应用,从隐晶质石墨微观形貌、粒径大小、晶体结构、杂质成分入手,深入探讨隐晶质石墨含量对隐晶质石墨/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料吸波性能的影响.结果表明,固定碳含量为85.69％的微米级隐晶质石墨可显著提高低频吸波效果,且其含量对吸波材料吸波性能有很大影响;随着隐晶质石墨吸波剂含量的增加,最大吸收峰值均向低频方向移动,在隐晶质石墨含量为60％时的反射率在频段2～18GHz达到最大峰值-25.19 dB,小于-5dB和-10 dB的有效带宽分别为4.31 GHz和2.57 GHz.研究表明,隐晶质石墨/LDPE复合材料具有较好的吸波性能.     

羰基铁/环氧有机硅树脂涂层的吸波性能和力学性能研究

采用羰基铁为吸收荆、环氧改性有机硅树脂为基体,制备了羰基铁/树脂基涂层,研究了羰基铁用量对吸波涂层的电磁和力学性能的影响.结果表明,羰基铁经过润湿分散剂处理后,粉体与树脂间的相容性得到改善,从而提高了界面结合力,因此吸波涂层整体的力学性能得到了提高.当羰基铁含量为70%(质量分数,下同)时,复合材料的附着力为22.16MPa,冲击强度大于或等于50kg·cm.采用同轴法测试了涂层材料在2～18GHz频段内的电磁参数,并对羰基铁/环氧有机硅树脂基涂层的反射系数进行了测试,结果表明,吸波涂层的最大吸收峰随吸收剂含量的增加向低频移动.涂层厚度为2mm时,羰基铁含量为65%,涂层的最大反射率在5.12GHz时达到-32.25dB;羰基铁含量为75%,在频率为3.53GHz时材料的反射率达到最大值-36.02dB.     

基于石墨烯吸波材料的研究进展

吸波材料作为防护电磁辐射污染及武器装备隐身的重要物质基础,是各国研究的热点和重点。石墨烯作为一种新型的碳材料,具有优异的力学、热学和电学特性。尤为重要的是,石墨烯较高的介电常数以及外层电子易极化弛豫特性使其可作为潜在的介电损耗基材,应用于吸波领域,因而近年来受到了广泛的关注。从石墨烯基复合吸波材料的制备方法与吸波特性两个角度对该类吸波材料进行了综述,并展望了其发展方向。     

短切中空多孔碳纤维复合材料的吸波性能

以中空多孔聚丙烯腈(PAN)原丝为原料, 通过预氧化处理和碳化处理工艺制备了中空多孔碳纤维, 采用SEM和XRD对其微观结构和晶体结构进行了表征, 并对其吸波性能进行了分析. 研究结果表明, 中空多孔碳纤维是一种非石墨结构的电损耗型雷达波吸收剂; 随着短切中空多孔碳纤维体积分数的提高, 随机分布的纤维/石蜡复合吸波材料的介电常数随之增大; 用所得的电磁参数结果计算了不同厚度材料的反射率, 在2～18GHz频率范围内, 当体积分数为33.30%, 厚度为2mm时, 最低反射率为-21.36dB, 其中<-5dB的反射率带宽为5.17GHz, <-10dB的反射率带宽为2.88GHz.     

纳米技术在微波吸收材料中的应用

在概述了纳米技术的基础上，着重论述了纳米吸波材料的研究和应用的现状，同时，初步探讨了纳米吸波材料可能的吸波机制。指出将纳米技术引入吸波材料的研究开发，可以制备出宽频、高效、质轻、层薄的多频谱吸收的新型吸波材料。     

SiO_2包覆羰基铁的微波吸收性能研究

以硅溶胶为前驱体,快速制备出SiO2包覆羰基铁吸收剂,研究了SiO2包覆对其热性能、电磁和吸波性能的影响。热分析结果表明,SiO2包覆羰基铁的抗氧化性能显著提高。与未包覆羰基铁相比,SiO2包覆羰基铁的介电常数和磁导率都有所下降。反射率结果表明,包覆后羰基铁在X波段内具有较好的吸波效果,当包覆后羰基铁质量分数为70%、涂层厚度为1.8mm时,涂层在8.2～12.4GHz频率范围内的反射率均小于-10dB。