新型輕質雷達吸波材料研究與發展

1.引言

雷達隱身技術主要是指對工作在3MHz～300GHz范圍內雷達的隱身技術，其中厘米波段（2～18GHz）是非常重要的雷達探測波段，也是現階段世界各國力求突破的超寬頻帶雷達隱身技術研究的重點。隨著雷達探測技術的發展，以及目標外形技術越來越受到戰術指標的限制，原有的雷達隱身材料存在頻帶窄、效率低、密度大等缺點，應用范圍受到一定限制，迫切需要開發新型吸波材料和相應的隱身技術。目前，國內外在進一步提高與改進傳統隱身材料性能的同時正致力于多種新材料的探索，碳納米管材料、導電聚合物材料、納米材料等逐步應用到雷達波隱身材料中，從而滿足對新一代雷達隱身材料吸收強、頻帶寬、質量輕、厚度薄的要求。

2.導電高聚物吸波材料

導電纖維摻混于常規粉體吸收劑中，可以較大幅度地提高材料的吸波性能。導電纖維的摻混量有一個最佳值。通過適當的匹配，可以制得寬頻雷達吸波材料。但是，得到的材料在低頻波段的吸波效果很差，如何解決低頻波段材料的雷達吸波性能，仍應進一步探討和驗證。由于導電高聚物密度小、中低溫性能良好，近年來得到廣泛的研究和應用。Krishadham等人研究了以碘經過化學或離子注人法摻雜的聚苯乙炔、聚乙炔和對苯撐-苯并雙噻吩導電高分子吸波材料，經摻雜制得的聚合物單層吸波涂層的反射衰減為-15dB，吸收帶寬可達3GHz。Oldedo等研究的聚吡咯、聚苯胺、聚-3-辛基噻吩在3cm波段內均有8dB以上的吸收率。TruongVT等研究了厚度為2.5mm、含2％聚吡咯的吸波材料，其在12~18GHz的反射率小于-10dB。孔德明等用鹽酸摻雜聚苯胺（PAn）和FeCl3。摻雜H2SO4-PAn按一定比例混合，在8～14GHz頻段內測試，發現該吸波材料在頻寬3.66GHz內的平均衰減為13.37dB，最大衰減為26.70dB。

3.磁性粒子類吸波材料

磁性粒子類吸波材料大都具有較高的磁損耗正切角，主要依靠磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等極化衰減來吸收電磁波，常見的有鐵氧體、金屬微粉、多晶鐵纖維等。鐵氧體是發展最早較為成熟的吸波材料，主要有鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體和鋇系鐵氧體等，其吸波機理是磁疇自然共振。鐵氧體分為尖晶石型、石榴石型和磁鉛石型，其中以六角晶系片狀磁鉛石型的吸波性能最好，因六角晶系片狀磁鉛石型鐵氧體具有較高的磁性各向異性等效場，其自然共振頻率較高，表現出優良的高頻吸波性能。MeshramMR等制備的六角晶型鐵氧體吸波材料在8～12GHz的頻段內，最大吸收為16.5dB，最小吸收為8dB。張永詳等制備了厚為2mm、面密度為5kg/m2的鐵氧體吸波材料，其在8～18GHz頻帶范圍內的吸收率均大于10dB。此外，由于納米鐵氧體的粒子比表面積大，表面原子能帶結構不同于體內，有較高的矯頑力，可引起磁滯損耗、界面極化和多重散射等吸波機制；同時納米粒子的尺寸遠小于電磁波的波長，其電磁波的透過率也遠高于一般吸波材料。Ruan等研究發現，粒徑為5μm的鐵氧體樣品的最大反射率為-17dB，反射率小于-10dB的帶寬為3.5GHz，而粒徑為65nm的鐵氧體樣品最大反射率為-28.5dB，反射率小于-10dB的帶寬達5GHz。黃婉霞等人研究了在1～1000MHz頻率范圍內Fe3O4 的粒度對電磁波吸收效能的影響，結果表明，納米級Fe3O4的粒度越小，其吸波效能越高。磁性金屬微粉是一類兼有自由電子吸波和磁損耗的吸波材料，主要有鈷、鎳、鈷-鎳合金、鐵-鎳合金、鋁-鎳合金及各種有機改性金屬等微粉，著名的F／A-18c／D“大黃蜂”隱身飛機使用的就是羰基鐵微粉吸波材料。磁性金屬微粉磁導率較高、溫度穩定性好，但其抗老化、耐酸堿能力、頻譜特性等性能差。多晶鐵纖維有較強的渦流損耗、磁滯損耗及介電損耗。作為良導體的多晶鐵纖維，當有外界交變電場作用時，纖維內的自由電子發生振蕩運動，產生振蕩電流，將部分電磁波能量轉變為熱能。美國3M公司研制的多晶鐵纖維吸波涂層，在 5～16GHz頻段內可以衰減30dB。導電高聚物與磁性粒子復合兼顧了介電與磁損耗吸波特征，雖然已經取得了一定的進展，但也存在一些不足。要開發出輕質、強吸收、寬頻、電磁參數可調并綜合性能好的導電高聚物／磁性粒子復合吸波材料，就需要在下面幾個方面作進一步的研究：①宏觀與微觀相結合探討導電高聚物／磁性粒子復合的吸波機理；②材料的尺寸與種類的選擇、優化；③復合吸波材料的制備工藝與技術。