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国外科研发机构研吸波涂料动态

    发布时间:2013-11-28 来源方式:原创

        近日,韩国一科研机构隐身技术中心在国际海军和国防工业展览会上推出新型雷达吸波涂料,该涂料具有较低的可探测性,可帮助舰船、飞机和坦克躲避雷达探测。

        隐身技术中心主任金永焕称,与现有涂料相比,新型涂料更轻、耐久和便宜。该涂料可使舰船吸收99%的雷达波,从而提高舰船生存能力。由于该涂料是喷雾型,因此便于均匀地用于任何平面,从而节约喷涂时间,成本也更为低廉。目前,该涂料已经通过韩国构化学融合试验研究院(KTR)共11项指标的认证,预计将首次应用于韩国海军舰船。大宇造船海洋考虑在正在研发的最新型驱逐舰上使用该涂料。

    隐身技术被认为是在战时提升生存能力的关键因素之一,多个国家都在研发相关技术、设计和材料。随着韩国将雷达隐身和反隐身技术作为长期的国防战略,该隐身技术中心开发出了多种类型的涂料,以满足海军和空军的要求,并为本土国防承包商提供咨询。

    雷达发射的电磁波碰到金属材料时易感应生成同频电磁流并建立电磁场,向雷达二次辐射能量。材料隐身设计通过使用能够吸收和衰减电磁波的吸波材料,将电磁能转化为热能耗散掉或是造成电磁波因干涉而消失。在材料隐身设计中,有两个关键问题:一是如何让入射波能够最大限度地进入材料内部而不被表面反射;二是如何让进入材料内部的电磁波能够迅速地被材料吸收衰减。近年来,相关研究人员已经在隐身材料方面的研究取得了长足的进展。

    1.1 铁氧体吸波涂料

    这类涂料包括镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、锂锌铁氧体、锂钛铁氧体和钡系铁氧体等,发展最早、应用最广的涂料品种。由于强烈的铁磁共振吸收和磁导率的频散效率,铁氧体吸收材料具有吸收强、频带宽的特点,被广泛用于隐身领域,如美国的SR-1高空侦察机上就使用了铁氧体吸波涂层。印度Roorkee大学用六角钡基铁氧体作吸收剂,橡胶作胶黏剂制备出单层吸收涂层,这类涂层很薄,吸收频带宽,在各个领域内的吸收率大于10dB。近年来,研究的铁氧体主要有六角晶系铁氧体和尖晶石型铁氧体。但对片状六角晶系铁氧体研究的较多,据称,铁氧体系列吸收剂密度大,且高频性并不十分理想[1]。

    1.2 羰基铁吸波涂料

    羰基铁吸波涂料是一种典型的磁损耗型吸波涂料,具有吸收能力强、应用方便等特点。但是由于羰基铁吸收剂存在密度大,在涂料中体积占空比一般都大于40%,因此,导致这种吸波涂料仍存在面密度大的缺点[2]。

    据报道,国外研制出一种新型吸波涂料,该涂料采用以羰基铁单丝为主的多晶铁纤维作为吸收剂,可在很宽的范围内实现高吸收率,由于多晶铁纤维吸收剂的占空比为25%,因此质量可减轻40%~60%。该类涂料已应用于法国国家战略防御部队的导弹和飞行器,同时正在验证用于法国下一代战略导弹弹头的可行性。美国3M公司研制的吸波涂料中使用直径为1.6μm,长度为6.5μm的多晶铁纤维。耐腐蚀多晶羰基铁纤维吸波涂料已在F/A-18E/F和A/F-117X飞机上使用[3]。

    1.3 陶瓷吸波涂料

    这类吸波剂具有比铁氧体、复合金属粉末等吸收剂密度低、吸波性能较好、可有效地减轻红外辐射信号的特点。其中碳化硅是制作多波段吸波涂料的主要成

    分%,有可能实现轻质、薄层、宽频带和多波段,很有应用发展前景。碳化硅的粒径、热处理时间等对其吸波性能影响较大,碳化硅在不同处理温度和时间下,其电阻变化范围为1~104Ω通过控制工艺参数,可对其显微结构和电磁参数进行控制,得到所希望的吸波效果。

    1.4 视黄基席夫碱盐吸波涂料

    视黄基席夫碱盐是一种有机化台物,该化合物在受到雷达电磁波作用时,其原子会进行一种轻微而短暂的重新排列,从而吸收电磁能量,其对雷达波能量的吸收大于磁性耗能型吸波材料,而重量却仅是磁性吸波材料的十分之一。通过对不同的视黄基席夫碱盐进行改进和组合,能吸收全频段的雷达波。

    1.5 超细金属粉末吸波涂料

    作为吸收剂的金属超细粉末的细化能使其组成粒子的原子数目大大减少,磁、电、光等物理性能发生质的变化,磁损耗较大。用这种吸收剂制成的吸波涂料可以通过调节粉末的粒径、含量和混合比例等来调节吸波涂料的电磁参数,以使其达到较为理想的吸波效果。王群等利用化学还原法制得了超细镍粉,并制备了含量为85%的超细镍粉涂料,其吸波性能在0~-9dB之间[4]。

    1.6 纳米吸波涂料

    纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料,由于它具有小尺寸效应,表面与界面效应,量子尺寸效应,宏观量子隧道效应,因而具有常规材料所没有的一些特别性能。如高强度和高韧性、高热膨胀系数、高比热和低熔点、奇特的磁性和极强的吸波性能等。由它制成的涂层在很宽的频带范围内可以躲避雷达波的侦察,同时能很好地吸收可见光、红外线,具有红外隐身作用,可以显著改善飞机的隐身性能。目前纳米材料作为隐身技术的关键技术之一,易于实现高吸收、涂层薄、重量轻、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求,是一种极具发展前景的高性能、多功能材料。据报道,美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99%;美国研制的宽频微波吸波涂层材料是由胶黏剂和纳米级微粉填料构成% 这类多层结构具有很好的磁导率和红外辐射率,对50MHz~50GHz的电磁波具有良好的吸收性能。

    我国纳米科技研究始于20世纪80年代末,目前的研究主要集中在纳米材料的合成和制备、扫描探针显微学、分子电子学以及极少数纳米技术的应用方面。国内一些研究机构在隐身方面取得了一定的突破,在某些方面达到了较高水平。由于科研条件的限制,我国与一些工业发达国家仍然存在很大差距。

    纳米材料是物理学上的理想黑体,纳米氧化锌粉、羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉以及铁、镍合金粉等都是优良的电磁波吸收材料,不仅能吸收雷达波,而且能很好地吸收可见光和红外线,用此配制的吸波涂料和结构吸波材料,可以显著改善飞机、坦克、舰艇、导弹、鱼雷等武器装备的隐身性能,将是今后隐身领域发展的必然趋势[5]。

    1.7 矿物吸波涂料

    在地质过程中形成了数量众多,种类不同的矿物。这些矿物对入射电磁波表现出了一定的反射、吸收、散射和透射性能。不同类型矿物的电磁参数及其吸收电磁波性能也有着较大的差异。但这些天然矿物成本低廉,若将某些具有优异电磁特性的天然矿物经过特殊处理,即可研制出低成本高性能的矿物吸波材料。对这类材料的基本技术要求是能对指定频率范围内的电磁波实现高效宽带吸收。在这类材料研制中,矿物材料加工制备成吸收填料尤其重要。经过成都某大学和中国地质科学研究院的研究人员研究表明,某些铁锰类矿物和过渡族元素氧化物在一定频段内具有适宜的电磁参数,经过特殊加工处理后,有能力成为吸收剂的重要原料。在实际工程应用中,使用铁砂、稀土矿物或铁氧体矿物作为原料制备吸收剂,并将复合铁氧体矿物制备为吸波材料。此材料已成功地作为某种国产飞机的吸波片材得以应用。

    1.8 等离子体吸波涂料

    等离子体吸波涂料是将放射性物质涂覆在目标上,使目标表面附近的局部空间电离,形成等离子体来吸收电磁波的能量。早在20世纪60年代,前苏联就开始了等离子体吸收电磁波性能的研究。80年代初开始了等离子体的实验,重点研究等离子体在高空超声速飞行器上的潜在应用。此技术最大的特点就是不用改变装备的结构,只需利用等离子体发生器就可以实现隐身目的,且隐身效果非常好。 目前,这种技术比较先进的国家是俄罗斯和美国。

     

    隐身涂料就要最大限度地消除被雷达勘测到的可能性。目前,应用于各种武器装备的吸波涂料比较多,如铁氧体吸波涂料价格低廉,吸收能力强,应用广泛;羰基铁吸波涂料为磁损耗型吸波材料,吸收能力强,应用方便,但面密度大;陶瓷吸波涂料密度较低,吸波性能好;视黄基席夫碱盐类吸波涂料通过组合不同的盐类可以实现较宽频带的电磁波吸收;放射性同位素吸波涂料涂层薄且轻,具有吸收频带宽,耐用性好,能承受高速空气动力等优点,是飞机用理想的吸波涂料;导电高分子吸波涂料涂层薄且易维护,吸收频带宽,是一个较新的研究领域。

                                                                (由科技工作部摘录)