吸波復(fù)合材料課件

1、吸波復(fù)合材料_圖文.ppt吸波復(fù)合材料_圖文.ppt背景介紹1吸波復(fù)合材料的應(yīng)用2吸波復(fù)合材料的分類3 溶膠-凝膠法4結(jié)構(gòu)型吸波材料5展 望6 溶膠-凝膠法4 溶膠-凝膠法4涂覆型吸波材料4Contents背景介紹1吸波復(fù)合材料的應(yīng)用2吸波復(fù)合材料的分類3 溶膠-凝背 景軍用隱身技術(shù)(stealthy technique)的基本概念 軍用隱身就是使敵方的各種探測(cè)系統(tǒng)( 如雷達(dá)、紅外、電子、可見(jiàn)光及聲波等探測(cè)系統(tǒng)等)發(fā)現(xiàn)不了我方的武器，無(wú)法實(shí)施攔截和攻擊。 隱身技術(shù)是一項(xiàng)高技術(shù)綜合體，目的是使敵方探測(cè)器接收到的信號(hào)降低到零。它主要包括兩個(gè)方面，即外形設(shè)計(jì)技術(shù)、隱身材料的使用，并使這兩種技術(shù)有機(jī)結(jié)

2、合。 背 景軍用隱身技術(shù)(stealthy technique隱 身 材 料隱 身 材 料吸波材料的早期應(yīng)用一戰(zhàn)時(shí)，德國(guó)空軍曾用透明材料制造過(guò)飛機(jī)，使地面人員難以發(fā)現(xiàn)它們1945年雷達(dá)發(fā)明之后，美國(guó)研制出一種吸收雷達(dá)波的涂料，代號(hào)為MX-40，據(jù)說(shuō)使用效果很好。1954年U-2，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了隱身，如在機(jī)身上涂滿黑色的可降低雷達(dá)波散射程度的“鐵漆”涂料。1966年SR-71，翼身融合、雙垂尾內(nèi)傾、大后掠邊條翼和三角翼，機(jī)身表面噴涂 “鐵漆”，并用了許多專門(mén)研制的特殊材料和涂層。吸波材料的早期應(yīng)用一戰(zhàn)時(shí)，德國(guó)空軍曾用透明材料制造過(guò)飛機(jī)，使SR-71 （黑鳥(niǎo)）SR-71 （黑鳥(niǎo)）吸波材料的快速發(fā)展F

3、-117A（夜鷹）戰(zhàn)斗機(jī)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中取得的巨大成績(jī)促使吸波材料快速的發(fā)展。吸波材料的快速發(fā)展F-117A（夜鷹）戰(zhàn)斗機(jī)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中取得F-117A“夜鷹”隱形戰(zhàn)斗機(jī)外形像一個(gè)堆積起來(lái)的復(fù)雜多面體，大部分表面向后傾斜，具有大后掠機(jī)翼和V形垂尾。這種外形能使反射雷達(dá)波改變方向，產(chǎn)生散射，敵方雷達(dá)很難收到反射信號(hào)。F117的機(jī)身、機(jī)翼和垂尾大量采用了玻璃纖維、碳纖維等雷達(dá)隱身材料。 F-117A“夜鷹”隱形戰(zhàn)斗機(jī)外形像一個(gè)堆積起來(lái)的復(fù)雜多面體軍 用 領(lǐng) 域軍 用 領(lǐng) 域吸波復(fù)合材料課件防輻射鍵盤(pán)防輻射天線鐵氧體電磁吸收環(huán)（用于通信，導(dǎo)航，電磁兼容）民 用 領(lǐng) 域防輻射鍵盤(pán)防輻射天線鐵氧體電磁吸收環(huán)（

4、用于通信，導(dǎo)航，電磁兼 吸波材料一般由基體材料與損耗介質(zhì)復(fù)合而成，研究?jī)?nèi)容包括基體材料、損耗介質(zhì)和成型工藝的設(shè)計(jì)，其中損耗介質(zhì)的性能、數(shù)量及匹配選擇是吸波材料設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。吸波材料按其成型工藝和承載能力，可分為涂敷型吸波材料和結(jié)構(gòu)型吸波材料兩大類。 涂敷型吸波材料是將吸收劑與黏結(jié)劑混合后涂敷于目標(biāo)表面形成吸波涂層；而結(jié)構(gòu)型吸波材料，則通常是將吸收劑分散在由特種纖維增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料中所形成的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，它具有承載和吸收電磁波的雙重功能。 吸 波 材 料 的 介 紹 吸波材料一般由基體材料與損耗介質(zhì)復(fù)合而成，研究?jī)?nèi)容包括 電磁屏蔽不能從根本上削弱、消除電磁波。只有使用電磁波吸收材料，把電磁能轉(zhuǎn)

5、化為其它形式的能量，才能消耗電磁波。電磁波吸收材料的作用是吸收入射的電磁波，并將電磁能轉(zhuǎn)換成熱能損耗掉。 目前耗損電磁能的手段有：一是借助介電物或微粒的分子在電磁作用下趨于運(yùn)動(dòng)，同時(shí)受限定導(dǎo)電率影響而將電磁能轉(zhuǎn)變成熱能損耗掉；二是采用以結(jié)構(gòu)形式使入射波相位與反射波的相反來(lái)衰減電磁能。 電 磁 波 吸 收 原 理 電磁屏蔽不能從根本上削弱、消除電磁波。只有使 吸 波 材 料 的 分 類分類涂覆型涂料(如鐵氧體)結(jié)構(gòu)型 碳纖維骨架和碳基體（碳粒、碳化硅粉等）組成的復(fù)合材料貼片（塑料、橡膠和陶瓷） 吸 波 材 料 的 分 類分類涂覆型涂料(如鐵氧體)結(jié)構(gòu)型非隱身材料與隱身材料比較示意圖 雷達(dá)依據(jù)目標(biāo)

6、反射的電磁波來(lái)跟蹤目標(biāo)。根據(jù)反射信號(hào)的強(qiáng)弱、方位、時(shí)間等信息可計(jì)算出敵方目標(biāo)的方位、運(yùn)動(dòng)速度等。目標(biāo)的反射信號(hào)越強(qiáng)，雷達(dá)就越容易探測(cè)到目標(biāo)。雷達(dá)隱身材料（也稱吸波材料）能吸收雷達(dá)波，使反射波減弱甚至不反射雷達(dá)波，從而達(dá)到隱身的目的。吸波材料主要是通過(guò)電磁能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散或者使電磁波因干涉而抵消。 非隱身材料與隱身材料比較示意圖 雷達(dá)依據(jù)目標(biāo)反射的電磁 將吸波涂料分散在有機(jī)高分子材料的黏結(jié)劑中，同時(shí)加入一些其它附加物，采用涂刷或噴涂方法加工，經(jīng)常溫固化形成涂層結(jié)構(gòu)。該涂層適用于復(fù)雜曲面形體，且耐候性及綜合機(jī)械性能良好。涂敷型吸波材料工藝簡(jiǎn)單、使用方便、容易調(diào)節(jié)。涂 敷 型 吸 波 材 料 將吸

7、波涂料分散在有機(jī)高分子材料的黏結(jié)劑中，同(1)鐵氧體吸波涂料：是把鐵氧體分散在有機(jī)高分子材料的黏結(jié)劑中，同時(shí)還加入一些其它附加物。鐵氧體可分為尖晶石型、石榴石型和磁鉛石型。自然共振是鐵氧體吸收電磁波的主要機(jī)制。自然共振是指鐵氧體在不加外恒磁場(chǎng)的情況下，由入射的交變磁場(chǎng)和晶體的磁性各向異性等共同作用產(chǎn)生的共振。由于鐵氧體既是磁介質(zhì)又是電介質(zhì)，具有磁吸收和電吸收兩種功能，是性能極佳的吸波材料，與其它吸波材料相比，它還具有體積小、吸波效果好、成本低的特點(diǎn)。但它也具有密度大、高溫特性差等缺點(diǎn)。(1)鐵氧體吸波涂料：是把鐵氧體分散在有機(jī)高分子材料的黏結(jié)劑(2)超微磁性金屬粉：磁性金屬、合金粉末具有溫度穩(wěn)

8、定性能好，磁導(dǎo)率、介電常數(shù)大，電磁損耗大，有利于達(dá)到阻抗匹配和展寬吸收頻帶等優(yōu)點(diǎn)，是其成吸收材料的主要發(fā)展方向。而超微磁性金屬粉材料就是將超細(xì)磁性金屬粉末與高分子黏結(jié)劑復(fù)合而成，可通過(guò)多相超細(xì)磁性金屬粉末的混合比例等調(diào)節(jié)電磁參數(shù)，達(dá)到較為理想的吸波效果。金屬微粉吸波材料主要有兩類：一是羰基金屬微粉吸波材料；二是通過(guò)蒸發(fā)、還原、有機(jī)醇鹽等工藝得到的磁性金屬微粉吸波材料。金屬微粉吸波材料微波磁導(dǎo)率較高、溫度穩(wěn)定性好，但抗氧化、耐酸堿能力差，遠(yuǎn)不如鐵氧體；介電常數(shù)較大且頻譜特性差，低頻段吸收性能較差；密度較大。(2)超微磁性金屬粉：磁性金屬、合金粉末具有溫度穩(wěn)定性能好，(4)磁纖維吸波涂層：吸波涂層

9、材料中所使用的球狀磁性吸收劑很難滿足裝備對(duì)吸波涂層的苛刻要求。由鐵、鎳、鈷及其合金制成的一種多層磁纖維吸波涂層，其中纖維可通過(guò)多種吸波機(jī)制來(lái)?yè)p耗微波能量，因而可在較寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)高吸收，且重量可減輕40-60%。其中，多晶鐵纖維在微波低頻段的吸波性能尤為突出。(5)導(dǎo)電高聚物：導(dǎo)電高聚物具有共軛電子的線形或平面形構(gòu)型與高分子電荷轉(zhuǎn)移給絡(luò)合物的作用，其電導(dǎo)率可在絕緣體、半導(dǎo)體和金屬態(tài)范圍內(nèi)變化，電磁參量依賴于高聚物的主鏈結(jié)構(gòu)、室溫電導(dǎo)率、摻雜劑性質(zhì)、微觀形貌、涂層厚度、涂層結(jié)構(gòu)等。(3)納米材料：材料組分特征尺寸在0.1-100nm，它具有極好的吸波特性，頻帶寬、兼容性好、質(zhì)量小和厚度薄，對(duì)電磁波

10、的透射率及吸收率比微米級(jí)粉體要大得多。(4)磁纖維吸波涂層：吸波涂層材料中所使用的球狀磁性吸收劑很(6)手性吸波材料：手性是指一種物質(zhì)與其鏡像不存在幾何對(duì)稱性，且不能通過(guò)任何操作使其與鏡像重合。而手性吸波涂層是在基體樹(shù)脂中摻和一種或多種具有不同特性參數(shù)的手性媒質(zhì)構(gòu)成。手性材料具有雙各向同性的特性，其電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互耦合。在實(shí)際應(yīng)用中主要有兩類手性物體：本征手性和結(jié)構(gòu)手性物體。本征手性物體本身的幾何形狀即具有手性，如螺旋線等。目前研究的吸波手性材料是在基體材料中摻雜手性結(jié)構(gòu)物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)手性復(fù)合材料。(6)手性吸波材料：手性是指一種物質(zhì)與其鏡像不存在幾何對(duì)稱性 盡管涂覆型吸波材料已得到廣泛應(yīng)用，但

11、其頻帶窄、易脫落、涂層厚、比重大、使部件增重大等。近年來(lái)，在涂覆型吸波材料基礎(chǔ)上發(fā)展了結(jié)構(gòu)型吸波材料。它既有高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又有好的吸波性能，而且在一些條件下緩沖了厚度與重量上的矛盾。結(jié)構(gòu)型吸波材料 盡管涂覆型吸波材料已得到廣泛應(yīng)用，但其頻帶窄(1)混雜紗吸波復(fù)合材料：通過(guò)增強(qiáng)纖維之間一定的混雜比例和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式制造成的、滿足特殊性能要求或綜合性能較好的復(fù)合材料。這種材料具有優(yōu)良的吸透波性能，又兼具復(fù)合材料重量輕、強(qiáng)度大、韌性好等特點(diǎn)。作為制造隱身飛機(jī)機(jī)身、導(dǎo)彈殼體等部件，能大大減少隱身飛行器雷達(dá)散射截面。(2)陶瓷型吸波材料：如SiC纖維、Al2O3纖維、Si3N4纖維吸波材料等陶瓷型吸波材料

12、能滿足在特殊情況下耐高溫、高速熱氣流沖擊的要求。(3) C-C 吸波材料：能很好的減少紅外信號(hào)和雷達(dá)信號(hào)。它具有極穩(wěn)定的化學(xué)鍵，抗高溫?zé)g性能好、強(qiáng)度高、韌性大，還具有優(yōu)良的吸波性能。缺點(diǎn)是抗氧化性差，在氧化氣氛下只能耐400，涂有SiC抗氧化涂層的C-C材料抗氧化性能大大提高。(1)混雜紗吸波復(fù)合材料：通過(guò)增強(qiáng)纖維之間一定的混雜比例和結(jié)雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)電磁波頻譜的劃分 頻段 波長(zhǎng)范圍 頻率范圍極高頻(EHF) 0.11 cm 30 300 GHz特高頻(SHF) 1 10 cm 3 30 GHz超高頻(UHF) 10 100 cm 0.3 3 GHz甚高頻(VHF) 1 10 m 30 30

13、0 MHz高頻(HF) 10 100 m 3 30 MHz中頻(MF) 0.1 1 km 0.3 3 MHz低頻(LF) 1 10 km 30 300 kHz甚低頻(VLF) 10 100 km 3 30 kHz超低頻(ULF) 0.1 1 Mm 0.3 3 kHz特低頻(SLF) 1 10 Mm 30 300 Hz極低頻(ELF) 10 100 Mm 3 30 Hz電磁波頻譜的劃分 頻段 吸波材料的發(fā)展趨勢(shì) 要求隱身材料具備寬頻帶吸波特性，即用同一種隱身材料對(duì)抗多種波段的電磁波源的探測(cè)。兼容化需要將多種材料進(jìn)行各種形式的復(fù)合以滿足”薄、寬、輕、強(qiáng)”等綜合性能。復(fù)合化智能型材料是一種具有感知功

14、能、信息處理功能、自我指令并對(duì)信號(hào)作出最佳響應(yīng)功能的材料。智能化吸波材料的發(fā)展趨勢(shì)要求隱身材料具備寬頻帶吸波特性，即用同一種 雷達(dá)吸波復(fù)合材料至少有三層(有的達(dá)幾十層)。最外層是透波層通常由涂覆透波樹(shù)脂涂層的特殊碳纖維編織物編成；中間層為電磁損耗層，由低介電性能的特殊碳纖維，石英纖維，玻璃纖維或混雜纖維與電磁損耗填加物組成。中間層還可以設(shè)計(jì)成波紋形，角錐形，蜂窩夾芯(單層或多層蜂窩夾芯層)，泡沫夾芯等。最內(nèi)層(底板基板層)必須具有反射雷達(dá)波的特性，一般由碳纖維復(fù)合材料或金屬材料組成。中層間的吸波填料可以是無(wú)規(guī)則球形粒子，無(wú)規(guī)則纖維或片狀填料。使用球形填料較多，它有利于改進(jìn)結(jié)構(gòu)性能和熱特性。 雷

15、達(dá)吸波復(fù)合材料至少有三層(有的達(dá)幾十層)。最外層是飛機(jī)上采用的一些吸波結(jié)構(gòu)形式（1）波紋夾層結(jié)構(gòu)波紋板可用吸波材料組成， 也可在波紋板上涂覆吸波涂料。波紋板為兩個(gè)斜面相交的結(jié)構(gòu)有利于多次吸波。飛機(jī)上采用的一些吸波結(jié)構(gòu)形式（1）波紋夾層結(jié)構(gòu)波紋板可用吸波(2)角錐夾層結(jié)構(gòu)作為夾層的角錐是吸波材料，也可涂駐波涂料。角錐四個(gè)斜面相交。角錐高度(吸收體厚度)不同，有效吸波范圍不同。把碳粉或金屬粉分散于橡膠中壓制成的角錐空心結(jié)構(gòu)，其吸波范圍隨角錐高度變化。角錐夾層的頂角一般在40。左右。(2)角錐夾層結(jié)構(gòu)作為夾層的角錐是吸波材料，也可涂駐波涂料。(3)吸波材料充填結(jié)構(gòu)在透波材料制造的蜂窩夾芯中充填曖波材

16、料 吸波材料可以是絮狀、泡沫狀、球狀或 纖維狀等。一般將空心球作為吸收體效果較好.(3)吸波材料充填結(jié)構(gòu)在透波材料制造的蜂窩夾芯中充填曖波材料(4)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)上面是蜂窩，下面是吸波材料，蜂窩由透波材料制成，吸波材料是多層的(4)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)上面是蜂窩，下面是吸波材料，蜂窩由透波材料用膠接或機(jī)械方法把事先制備的吸波材料和復(fù)合材料組合成層狀體，總厚度控制在雷達(dá)波長(zhǎng)的一半(5)多層吸波結(jié)構(gòu)用膠接或機(jī)械方法把事先制備的吸波材料和復(fù)合材料組合成層狀體，納米吸波復(fù)合材料的應(yīng)用一、結(jié)構(gòu)型納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)型納米吸波復(fù)合材料是將吸收劑分散在由特種纖維(如石英纖維、玻璃纖維等)增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中所形成的結(jié)構(gòu)復(fù)

17、合材料，它具有承載和吸收雷達(dá)波的雙重功能。納米吸波復(fù)合材料的應(yīng)用一、結(jié)構(gòu)型納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)型納米吸波復(fù)上圖是一種用于飛機(jī)機(jī)翼前緣的吸波復(fù)合結(jié)構(gòu)。它的蒙皮由玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成，厚0。76mm，其氣動(dòng)外形由未填充吸收劑的剛性泡沫材料來(lái)保證；剛性泡沫體的內(nèi)側(cè)涂敷填充了鋁粉的涂層，可以使部分入射的電磁波散射到其他方向，而不回到雷達(dá)接收站；泡沫材料中填充有吸收劑，并且呈一定的梯度以便更好地衰減入射電磁波；整個(gè)結(jié)構(gòu)主要由翼梁支撐。上圖是一種用于飛機(jī)機(jī)翼前緣的吸波復(fù)合結(jié)構(gòu)。它的蒙皮由玻璃纖上圖所示的飛行器機(jī)翼前緣為寬頻吸波結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)吸波材料為3層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)外蒙皮很薄(0515mm)，內(nèi)蒙皮由電阻織物構(gòu)成的增強(qiáng)塑料制造，在結(jié)構(gòu)受力的內(nèi)蒙皮圖2飛行器機(jī)翼前緣吸波復(fù)合結(jié)構(gòu)通常采用鍍金屬的玻璃布制成，在內(nèi)外蒙皮之間填充輕質(zhì)吸波材料，在制造過(guò)程中加入吸波成分，夾層中填料濃度可改變，以便獲得良好匹配。上圖所示的飛行器機(jī)翼前緣為寬頻吸波結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)吸波材料為3層上圖是用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的吸波柵格結(jié)構(gòu)。其中，吸波帶由玻璃纖維增強(qiáng)的并浸漬有吸收劑的樹(shù)脂基復(fù)合材料制成，防護(hù)層為一般玻璃鋼材料。整個(gè)柵格結(jié)構(gòu)固定在進(jìn)氣道唇口部位，可以有效地衰減入射雷達(dá)波。上圖是用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的吸波柵格結(jié)構(gòu)。其中，吸波帶由玻璃二、涂覆型