铁磁吸收剂/聚氨酯吸波涂层的雷达/红外兼容隐身性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:herojian
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随着现代军事探测技术和民用电磁通讯技术的不断发展,电磁波危害问题越来越凸显,从而对电磁吸收的要求也不断提高。高性能电磁波吸收涂层在军事上和民用上均有广阔的应用前景。本文以传统的铁磁吸收剂/聚氨酯涂层为基础,通过吸收剂复合、形貌优化等手段,制备出高性能介/磁复合吸波涂层,研究其电磁特性,并探讨吸波性能的影响因素。在本实验中,利用振动样品磁强计(VSM)以及矢量网络分析仪(VNA)研究了羰基铁微粉(CIP、SCIP),铁氧体(PX)、片状铁硅铝微粉(FFSA)、石墨烯(GNs)以及纳米二氧化硅(SiO2)等多种材料的电磁特性。并使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等研究了吸收剂的微观形貌和相结构。分析了不同吸收剂对电磁波的损耗机理。制备了铁磁吸收剂/聚氨酯吸波涂层,分析研究四种铁磁材料的反射损耗性能。然后以性能较为优异的两种羰基铁涂层为基础,分别从提升损耗能力和优化阻抗匹配两个方面研究了进一步提升涂层的吸波性能的手段和原理。在高性能雷达隐身涂层的基础上,设计制备了红外/雷达兼容隐身涂层,并研究其相关性能。研究结果表明:羰基铁微粉(CIP、SCIP)、铁氧体(PX)、片状铁硅铝微粉(FFSA)是性能优良的铁磁吸收剂,具有较大的磁导率和较强的磁损耗能力。其中羰基铁微粉磁导率的实部和虚部的值最大,表明羰基铁的磁损耗能力最强,因此羰基铁的反射损耗性能最好。厚度为1mm的羰基铁/聚氨酯涂层最大有效吸收带宽(RL<-10dB)达到6.3GHz(11.7-18GHz)。石墨烯没有磁损耗性能,但是具有较强的介电损耗性能,使得其与羰基铁形成明显的互补。另外石墨烯的独特结构,异质材料的界面效应也能促进石墨烯/羰基铁复合涂层的性能进一步提升。可以通过改变GNs和CIP颗粒的含量来调节对电磁波的吸收性能,从而获得厚度较小的宽带微波吸收涂层。涂层最大吸收峰值达到-30.1dB,最大有效吸收带宽(RL<-10dB)能达到7.1GHz(10.9-18GHz)。此外,石墨烯的加入对改善涂层的耐蚀性能有重要作用。通过电化学阻抗谱分析结果发现,当石墨烯的加入量为聚氨酯的1%(CIP:PU:GNs=2:1:0.01)时,涂层的电阻值由1.653E6增加到2.012E6。但是如果进一步增加石墨烯的含量,由于涂层的致密性和连续性被破坏,涂层的电阻值减小为9.352E4,涂层的耐蚀性能下降。通过球磨的方法,将球状羰基铁制成片状,能够使材料突破Snoke极限,获得更大的磁性能,具有更强的吸波性能,涂层最大有效吸收带宽(RL<-10dB)能达到7.6GHz。但是在片状化的过程中,羰基铁的介电常数实部也从6.1增加8.2,这并不利于阻抗匹配的实现。因此将透波材料二氧化硅引入到涂层中。一方面能形成透波通道使得电磁波进入到涂层中而被介质损耗,另一方面纳米材料的尺寸效应和复合材料的界面效应也对电磁波的衰减有积极的作用。此外,纳米二氧化硅材料能与基体发生交联,有效地降低了涂层的局部缺陷,进而使得涂层耐蚀性能得以改善。对于厚度为1mm的FCIP/SiO2复合吸波涂层,最大有效吸收带宽(RL<-10dB)能拓宽到9.5GHz(8.5-18GHz)。通过在雷达吸波涂层表面涂覆红外隐身涂层实现兼容隐身。涂覆前后研究结果表明:Al/PU红外隐身层可以将涂层的红外发射率从0.898降到0.462,但是其雷达波吸收性能也出现了明显降低,有效吸收带宽随着Al含量的升高不断降低。这是由于Al的介电常数过大,导致电磁波在表层被反射。通过表层结构设计的方法,使得电磁波能够有效通过红外层,降低红外发射率的同时,又能实现对雷达波的宽频吸收。兼容涂层红外发射率降低至0.502,同时有效雷达波吸收带宽达到7GHz(11-18GHz)。
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