改性鐵基合金粉對(duì)雷達(dá)吸波性能的影響

改性鐵基合金粉對(duì)雷達(dá)吸波性能的影響

0吸波材料的改進(jìn)目前，隱形技術(shù)主要用于設(shè)計(jì)磁體微波雷達(dá)。在微波雷達(dá)的情況下，紅外探測(cè)系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)比微波雷達(dá)短3.4倍。目標(biāo)分辨率高。被動(dòng)勘探和不輻射微波是優(yōu)點(diǎn)的，與雷達(dá)勘探系統(tǒng)一樣重要。因此,紅外和雷達(dá)隱身的兼容性問題引起了人們的高度重視。雖然國(guó)內(nèi)外采用雙層涂覆的方法來實(shí)現(xiàn)熱紅外的低發(fā)射和雷達(dá)波的高吸收取得了一定進(jìn)展,但雙層涂覆的涂層較厚,施工性較差且復(fù)合隱身性能仍需改進(jìn)。為此,尋求一種材料使其具有雷達(dá)波高吸收、熱紅外低發(fā)射的性能,以實(shí)現(xiàn)單層紅外/雷達(dá)兼容隱身具有重要意義。鐵基合金粉吸收劑由于溫度穩(wěn)定性好、磁導(dǎo)率較大等特點(diǎn)在吸收材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,但在單層紅外/雷達(dá)兼容隱身中未見報(bào)道。以機(jī)械合金化法制備的鐵基合金粉,由于導(dǎo)電率較高引起復(fù)介電常數(shù)較大,在吸波材料設(shè)計(jì)過程中很難匹配設(shè)計(jì),吸波性能有待改善。硅烷偶聯(lián)劑KH550是一種能通過與金屬表面的羥基或水反應(yīng)生成共價(jià)鍵而包覆在金屬粉體表面的一種常用化合物。本實(shí)驗(yàn)以KH550硅烷偶聯(lián)劑包覆改性鐵基合金粉,系統(tǒng)分析了包覆改性對(duì)鐵基合金粉電磁參數(shù)、涂層吸波性能及紅外低發(fā)射率的影響。1實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)藥物無水乙醇、聚氨酯(PU)、Fe基合金粉、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)(NH2C3H6Si(OC2H5)3)。1.2改性鐵基合金粉的制備鐵基合金粉的處理:將5g粉體浸在20mL乙醇溶液中,超聲分散,往其中逐漸滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、2%、3%、5%、10%的硅烷偶聯(lián)劑乙醇溶液各20mL,反應(yīng)完畢,過濾干燥后置于60℃真空烘箱中干燥。同軸環(huán)的制備:將改性前后的鐵基合金粉(分別編號(hào)為A、B)與石蠟以質(zhì)量比3∶2混合均勻,制成內(nèi)徑3.04mm、外徑7.0mm、厚3mm的同軸環(huán)狀吸波材料。涂層的制備:首先進(jìn)行馬口鐵基板(10cm×5cm,厚度0.3mm)預(yù)處理,砂紙打磨→水洗→化學(xué)除油→水洗→烘干;然后選用聚氨酯為樹脂基體,加入適量的顏填料(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%)和固化劑,混合攪拌并超聲波震蕩提高分散度,加入乙酸丁酯調(diào)節(jié)粘度,用壓縮空氣噴涂法制備涂層,控制厚度為2mm。1.3填料的紅外發(fā)射率采用中科院上海技術(shù)物理研究所研制的IR-2雙波段發(fā)射率測(cè)試儀測(cè)量涂層在8～14μm波段的紅外發(fā)射率;用荷蘭Quanta200掃描電子顯微鏡對(duì)顏填料的形貌進(jìn)行表征;用美國(guó)安捷倫公司研制的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(PNAE8363B)測(cè)量樣品的電磁參數(shù);采用美國(guó)PE公司SpectrumGX-Ш型傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)試樣品的紅外吸收光譜。2結(jié)果與討論2.1覆合金表面有機(jī)薄膜的改性圖1為改性前后鐵基合金粉的SEM圖。從圖1可以看出,鐵基合金粉為徑厚比很大的片狀粉體而且有明顯的層狀結(jié)構(gòu),粒徑在8～10μm左右。硅烷偶聯(lián)劑對(duì)鐵基合金粉包覆改性后,鐵基合金表面由于包覆了一層致密的有機(jī)薄膜而略顯光滑。圖2為改性前后鐵基合金粉的紅外光譜圖。由圖2(a)可以看出,鐵基合金粉在3470.67cm-1處出現(xiàn)一個(gè)寬峰,說明鐵基合金粉表面存在-OH,這可能是由于暴露在空氣中的鐵基合金粉吸水潮解所致;由圖2(b)可見,在1624.54cm-1處出現(xiàn)了-NH2的N-H鍵彎曲振動(dòng)吸收峰,在1055.60cm-1處有Si-O-M(M=Si,鐵基合金粉)鍵的吸收峰,說明硅烷偶聯(lián)劑KH550成功地包覆到鐵基合金粉表面。2.2偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)發(fā)射率的影響圖3為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硅烷偶聯(lián)劑乙醇溶液包覆鐵基合金粉的低紅外發(fā)射率。從圖3中可以看出,當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí),硅烷偶聯(lián)劑包覆后涂層的發(fā)射率變化較小。當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2%以后,發(fā)射率急劇上升。這是因?yàn)楫?dāng)硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少時(shí),偶聯(lián)劑分子通過分子間的氫鍵、庫侖力等作用在鐵基合金粉表面形成一層緊密有序的單分子膜,其厚度較小,對(duì)發(fā)射率影響小。隨著硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,偶聯(lián)劑用量多時(shí),粉體表面化學(xué)吸附的偶聯(lián)劑的親油端將與多余的偶聯(lián)劑的親油端形成多分子的物理吸附,多分子吸附層間相容性好,粉末間極易相互團(tuán)聚,鐵基合金粉顆粒增大,質(zhì)量增加,在樹脂基體中沉淀使發(fā)射率明顯提高。2.3金屬介質(zhì)復(fù)合材料圖4為2%硅烷偶聯(lián)劑包覆改性前后復(fù)介電常數(shù)的變化。從圖4中可以看出,改性后鐵基合金粉的介電常數(shù)實(shí)部、虛部有不同程度的下降。在含有合金粉體的隨機(jī)混合媒質(zhì)中,金屬介質(zhì)的電子極化、分子極化、界面極化以及金屬之間強(qiáng)烈的相互作用,使混合媒質(zhì)的介電常數(shù)實(shí)部很大。而包覆改性后,由于合金表面形成了致密均勻的有機(jī)物薄膜,合金粉體被有機(jī)物薄膜隔離開來,降低了其極化強(qiáng)度,從而使介電常數(shù)實(shí)部下降。同時(shí),有機(jī)薄膜阻斷了合金粉體形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),降低了涂層的導(dǎo)電性。由ε″=σ/ω知,頻率相同時(shí),電導(dǎo)率越低,涂層的導(dǎo)電虛部越低。但從圖5中可以看出硅烷偶聯(lián)劑包覆改性對(duì)復(fù)磁導(dǎo)率影響較小。2.4吸收帶寬峰向高頻端圖6為涂層厚度為2mm時(shí)2%硅烷偶聯(lián)劑包覆改性前后涂層吸波性能的變化。從圖6中可以看出,包覆改性后,波峰向高頻端移動(dòng),從5.92GHz移動(dòng)到6.8GHz,并且最大吸收峰從-13.2dB增加至17.2dB。-10dB的吸收帶寬從包覆前1.5GHz(5.12～6.62GHz)增加至2.2GHz(5.8～8.0GHz)。這是因?yàn)榘埠蠼档土髓F基合金粉的介電常數(shù),提高了阻抗匹配度,使吸收峰強(qiáng)度和吸波寬度都有明顯增加。3硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂層發(fā)射率的影響(1)KH550偶聯(lián)劑以化學(xué)鍵的形式吸附在鐵基合金粉表面