单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,高温雷达吸波材料研究现状与展望,报告人：龙华倩,期刊：无机材料学报 2014年5月 第29卷第5期：461-469,作者：丁东海，罗发，周万成，史毅敏，周亮,目录,1,.研究背景,2,.高温吸波材料设计准则,3,.,C,、,SiC,、,ZnO,高温吸收剂研究现状,4,.涂覆型与结构型高温吸波材料,研究背景,1,）,吸波材料：可以将电磁波能量转化为热能而衰减雷达波，,是实现雷达隐身的重要手段。,2,）吸波材料必须具备的条件：,厚度薄、质量轻、吸收频率宽、吸收能力强,耐高温 抗氧化 高强度 高韧性 低密度,吸波基本原理,吸波材料能吸收或衰减入射的电磁波，使其因干涉而消失或其电磁能转换为其他形式的能量。其基本原理包括干涉作用和吸收作用。,1.,干涉作用,干涉作用是将入射的电磁波分成两部分，一部分从吸波层表面反射，另一部分透过吸波层后经底层反射后再穿过吸波层射出来。若经底层反射的波与吸波层表面反射的波相位正好相反，两段波便可发生干涉而减弱。,2.,吸收作用,材料对电磁波产生吸收作用有两个条件,：,电磁波入射到材料上时能最大限度地进入到材料内部，,即电磁匹配要好,(,匹配特性,),；,(2),进入材料内部的电磁波能迅速地被衰减掉，即电磁损,耗要大,(,衰减特性,),。,吸波基本原理,衰减特性：,电磁波在材料内产生电损耗或磁损耗，使电磁,波的电磁性能转为其他形式的能量散失掉，达,到减少反射的目的。,吸波基本原理,电损耗机理：,依靠电介质的极化机理吸收、衰减电磁波。,极化的基本形式包括位移式极化和松弛极化。,弹性，瞬时完成，其极化过程不消耗能量，一般发生在物质结构紧密、规则的地方。,与热运动有关，非弹性，需一定时间，需消耗一定的能量。,电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化。松弛极化与电场作用和热运动有关。热运动的作用力图使材料中的质点分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最终结果是使质点按电场规律分布，然而在质点移动过程中克服了一定的势垒，时间较长，需吸收一定能量。,高温吸波材料设计准则,1,）,自由空间与材料表面的阻抗匹配以减少电磁波的反射,要,求材料的,复介电常数与复磁导率接近,；,2,）,进入材料内部的电磁波可以被尽可能多的损耗,要求材料,有足够大的电损耗或者磁损耗,即,足够高的复介电常数或,者复磁导率,。,吸波能力方程,(1),(2),R,L,表示反射率,；,Z,in,表示入射波在自由空间与材,料界面处的阻抗,；,Z,0,为入射波在自由空间的阻抗,；,r,与,r,分别表示材料相对复磁导率与复介电常数,；,c,为光速,；,t,为材料厚度,；,f,为电磁波频率,。,吸波能力方程,常温下,吸波材料,R,L,是,r,、,r,、,f,、,t,的函数。,材料电磁参数与环境温度密切相关,高温下材料失去磁性,复磁导率等于,1,复介电常数随温度不同而变化。高温下,吸波材料,R,L,是,r,(T),、,f,、,t,、,T,的函数,。,高温吸收剂,高温吸波材料的,传统设计思路,是,将高温吸收剂填入陶瓷或者玻璃基体,通过调整吸收剂种类、含量、尺寸、形貌、分布状态等实现材料吸波性能的优化,。因此,制备综合性能优良的吸收剂是高温吸波材料研制首要解决的问题。,密度较大的磁性吸收剂在居里温度以上转变为顺磁体,失去磁性,不适合作为高温吸收剂,。高温吸收剂,以电损耗为主,研究较多的主要是 C、SiC、ZnO 吸收剂。,高温吸收剂,Characters,C,吸收剂,SiC,吸收剂,ZnO,吸收剂,Characters,Characters,密度低(质轻),惰性气氛耐高温,电性能可调,来源广泛,电导率较高,高温易氧化,高温稳定性优越,介电性能可调,纯,ZnO,介电损耗较低,高温稳定性优越,介电性能可调,纯,SiC,介电损耗较低,碳吸收剂,Disadvantage:,抗氧化能力低,通过涂覆抗氧化涂层来防止含氧气体接触扩散，从而改善了材料的抗氧化能力,电导率较高,自由空间阻抗失配,导致电磁波反射较强,改善阻抗匹配，减少电磁波反射,One,Two,热解工艺优化,碳材料的,电性能,主要决定于,石墨化程度,如果,石墨化程度过低,损耗能力较弱,;,如果,石墨化程度过高,则电导率较高,阻抗匹配变差,。因此,可以通过优化碳材料制备工艺,控制石墨化度,改善阻抗匹配特性。,图,1,苯分子的离域,键,中空多孔炭纤维吸收剂,(a)1,/min,(b)2,/min,(c)3,/min,(d)4,/min,图,2,不同预氧化升温速率、同一碳化条件下获得的,HPCFs,截面,SEM,形貌图,图,3 HPCFs,体电导率随预氧化升温速率的变化关系曲线,中空多孔炭纤维吸收剂,图,4 HPCFs,体电导率随碳化升温速率的变化关系曲线,中空多孔炭纤维吸收剂,小结,1.,升温速率,不利于,HPCFs,微孔的形成与保持,2.,热处理升温速率,体电导率,介电常数,注意：预氧化升温速率较炭化升温速率变化幅度大！,表面涂覆,在碳吸收剂表面制备电导率较低的陶瓷涂层,不仅可以改善阻抗匹配特性,减少电磁波的反射,而且可以提高其抗氧化性能。,SiO2,壳层,BN,C/SiO,2,1,、方法：静电纺丝,2,、厚度：,20nm,介电常数与介电损耗都较低，起始氧化温度超过,800,可以形成致密的,B,2,O,3,保护膜,Disadvantage:Low dielectric loss,SiC absorber,How to improve the ability of dielectric loss,？,On the one hand,，,Lattice doped,；,On the other hand,，,SiC fiber absorbent,。,1,、控制自由碳含量及石墨化度；,2,、引入异质金属元素；,3,、改变纤维截面形状。,Change the fiber cross section shape,(a)Swirl shape,(b)“T”shape,Fig.2 Microwave absorbing silicon carbide fibers with non-circular section,(c)“C”shape,(d)Cross shape,异型截面纤维的叶片顶端的曲率明显大于圆截面纤维,叶片顶端可以富集电荷而产生偶极子,在电磁波作用下产生振荡,异型截面纤维吸波机理的理解还不够深入,还有待于进一步研究。,Disadvantage:,Pure ZnO have low Electrical conductivity,How to enhance the Electrical conductivity,？,On the one hand,，,Lattice doped,；,On the other hand,，,Morphology control,。,ZnO absorber,涂覆型吸波材料,吸波涂层,磁性吸波涂层,介电吸波涂层,添加剂性质,填充比例,涂层厚度,提高,磁导率,添加剂和吸,波剂设计,提高,吸波性能,提高,吸波性能,阻抗匹配,吸波涂层一般由,吸波剂,和,粘结剂,组成；,吸波剂是涂层的关键，决定了吸波涂层对入射电磁波的损耗能力；,粘结剂是涂层的,成膜物质,，可以使涂层牢固附着于被涂敷物体表面，形成连续膜。粘结剂必须是,透波材料,。,优点,：吸波涂层对目标的外形适应能力强；,对装备的改动比较小，特别适用于现有装备的隐身；,吸波涂层施工方便，对武器装备的机动、火力等影响较小。,缺点,：频段窄，一般只适用于某一,固定频段,；,粘结性差，易脱落，受外界,环境因素,影响大；,密度大，影响飞机、导弹等的,飞行性能,。,涂覆型吸波材料,F-35,全称“联合攻击战斗机,(JSF)”,代号“,Lightning”,，,2006,年,12,月,首飞，成本,1.2,亿美元，采用波音,公司的“幽灵工厂”生产的隐身涂层,美国,F-35,隐身战斗机,美国,F-22,隐身战斗机,F-22,沿用了,F-35,使用的隐,身涂层材料，但改善了材,料的耐久性能，节约了维,护时间和成本。,吸波涂层,Convenience,Flexible,Technology Simple,Wave absorption performance is easy to control,Advantage,隐形战机歼,10b,高温吸波涂层,基体：环氧改性有机硅树脂,无机填料：云母粉和玻璃粉,吸收剂：短切碳纤维,涂层可在,600,短时间使用,传统热压法,可以在金属表面制备结合强度高、抗热应力性能好的玻璃或者陶瓷基吸波涂层,但是该工艺仅能应用于平板金属,不适用于异型表面,。,热喷涂,可以利用热源将陶瓷粒子加热到熔融或半熔融状态,同时借助火焰或者高速气体,将其喷射到金属表面,沉积成涂层。由于喷涂过程中,陶瓷粒子具有较高的动能与热能,使得涂层与基体或粒子之间形成较强结合,涂层厚度可控,并且喷涂受构件形状限制较小,适于制备高温吸波涂层,。,结构吸波材料,结构吸波材料具有承载和隐身的双重功能；,具备复合材料质轻、高强的优点；,一般使用于仅靠吸波涂层难以得到隐身效果的部位。,优点：,可以根据需要设计成所需结构，隐身效果好；,受环境影响小，适应环境能力强；,集吸波、承载及防热于一体。,缺点：,应用于高温部件,仍存在,内应力,大,、,抗热冲击性能,差,、,施工,维护,困难,。,2024/11/20,The End,Thank you for attention!,