基本介紹
- 中文名：微波吸收材料
- 外文名：(microwave absorbing material
- 別名：雷達吸收材料
- 類型：能吸收微波
定義,要求,簡史,構成,種類,套用,飛機,飛彈,艦船,發展趨勢,
定義
微波吸收材料(microwave absorbing material)是一種能吸收微波、電磁能而反射與散射較小的材料。又稱雷達吸收材料(radar absorbing material)或雷達隱身材料(radar stealth material)。吸收微波的基本原理是通過某種物理作用機制將微波能轉化為其他形式運動的能量，並通過該運動的耗散作用而轉化為熱能。微波激發的一切形式的有耗運動皆可成為吸收機制。常見的機制有電感應、磁感應、電磁感應，以及電磁散射等。實際套用的微波吸收材料常常可能有多種機制起作用。
微波吸收材料
要求
微波吸收材料應具有良好的吸波性能，即有高於要求的閾值的微波吸收率和寬的吸收頻帶。此外，這種材料還應具有小的厚度和面密度，良好的力學性能和抗環境性能以及為用戶接受的價格。
為了對抗雷達和其他電子設備的偵察和跟蹤，選用合適微波吸收材料與目標外形設計相結合，可以更好的起到降低雷達散射截面(RCS)的作用，從而起到隱身作用。這種雷達隱身技術不僅為航天、航空飛行器採用，海上的軍用艦船、陸地的各種軍用車輛和地面發射設施也都採用了微波吸收材料，甚至還用於民用建築的鐵塔、橋樑上。
簡史
在20世紀30年代中期，各國開始了吸收電磁波材料的研究，荷蘭制出了第一種微波吸收材料，日本東京工業大學研製出了鐵氧體，並在1932年取得了專利權。二次世界大戰期間，雷達探測飛機和水面艦艇有明顯進展，迫使各國千方百計尋找減少飛機和潛艇的被發現方法。其中著名的有德國的“煙囪掃描”計畫，主要目的是研製吸收雷達波的材料，用以裝備潛艇的通氣管和潛望鏡，共研製出兩種材料“韋許”(wesch)和“朱曼”(Jnuman)，厚度分別為7．6mm和76mm。美國麻省理工學院研製出0.60～1.88mm微波吸收材料。60年代，日本東京技術學院研究鐵氧體，取得很大進展。70年代中期以來，日本、美國及前蘇聯等國已研製出3．2～20GHz系列的微波吸收材料，並用於多種軍事裝備隱身材料。這個時期是隱身技術和微波吸收材料全面發展和推廣套用階段。美國已研製多種結構型微波吸收材料，如美國愛摩遜·卡明公司研製成的SF—RB材料厚度為3～5mm；洛克威爾公司研製出複雜蜂窩狀物。美國還研製成RAc0材料，厚度為10～20mm，反射頻率2～15GHz。
80年代中期以後，中國的微波吸收材料的研製已有很大進展。
構成
微波吸收材料主要組分為吸收劑，其次為粘結劑及有關助劑。微波吸收材料的吸波性能主要取決於吸收劑及其製備工藝。吸收劑是吸收電磁波的主體基料，通過特定的工藝技術製備而成。吸收劑通常為粉狀或纖維狀等，如鐵氧體粉、羰基鐵粉、各種超微金屬粉、碳化矽粉、碳化矽纖維、碳纖維、金屬纖維和有機高分子聚合物等。新型吸收劑有複合鐵氧體、超微金屬粒子、碳化矽、有機高分子聚合物(功能高分子)納米材料等。
種類
按套用可分為塗敷型、貼片型和結構型微波吸收材料；按工作原理可分為干涉型和吸收型微波吸收材料。
塗敷型微波吸收材料
以樹脂型和像膠型等高分子溶液或乳液為基料，將吸收劑按一定比例經特定工藝加入其中而製成。已得到廣泛套用的塗料通常是以各種鐵氧體、鐵及其合金微粉為主要吸收劑的塗敷型吸波材料。日本、美國已研製成一系列鐵氧體微波吸收材料，如鋰鎘鐵氧體、鋰鋅鐵氧體、鎳鎘鐵氧體和陶瓷鐵氧體等。塗敷型微波吸收材料施工方便，成本低，適用於複雜外形物體；其缺點是重量、厚度和粘合力等問題往往影響設備的空氣動力學特性。
貼片做波吸收材料
貼片不適應很複雜外形。但能實現複雜的結構設計，使用的貼片有橡膠片、陶瓷片和塑膠片。
結構型微波吸收材料
以非金屬複合材料為載體加入吸收劑製成。通常以環氧樹脂和熱塑性材料為基體，填充鐵氧體、石墨、炭黑等吸收劑，如碳纖維/環氧樹脂、石墨/熱塑性材料、硼纖維/環氧樹脂、石墨纖維/環氧樹脂等。該型材料既能減小電磁波的散射，又能承受一定載荷，比一般金屬材料重量輕，有一定的強度和剛度，已獲套用。
干涉型微波吸收材料
干涉型微波吸收材料，以電磁波的干涉為主，在中心頻率點上入射電磁波和反射電磁波相位相反(相位差180°)而相互抵消。這類材料的特點是頻率範圍窄，可在高頻情|兄下使用，材料可做得較薄。
吸收型微波吸收材料
利用入射的電磁波在物體中的介電損耗和磁損耗大，將電磁能轉換成熱能或其他形式的能。吸收型微波吸收材料又分為電損型和磁損型兩類。通常，電損型材料吸收高頻率的效果較好；而磁損型材料吸收低頻更有效。如果將兩者結合起來，可以製成一種較寬頻率範圍的吸波材料。電損型微波吸收材料是以碳粉或金屬顆粒為基礎，通過厚度、深度變化和改變填充劑的種類製得一種漸變介電性能吸波材料。磁損型微波吸收材料是填充磁性材料如鐵氧體或羰基鐵粉的聚合物，如環氧聚硫、矽橡膠、尿烷和氟彈性體製成的薄層材料。
套用
主要用於飛機、飛彈、艦船等裝備。
飛機
美國在50年代將做波吸收材料用在SR-71黑鳥偵察機上，60年代又在A-12海軍攻擊機上使用了吸波塗層和結構型吸波材料。美國的F-117A隱身戰鬥機，B-2隱身戰略轟炸機及YF-22隱身戰鬥機代表著當今世界隱身技術的先進水平。F-117A是已投入實戰的飛機，它的全機主要結構表面塗以“鐵球”吸波材料，其垂直尾翼和翼前緣安有三角吸波塑膠襯墊，其高溫部位主要選用碳纖維增強熱塑性複合材料。該機的雷達吸收率高達98%。B-2第二代隱身轟炸機已研製成功，第一架飛機已開始服役。B-2大部分結構採用塑膠、石墨/環氧樹脂、碳纖維及陶瓷材料。發動機外部塗有超高密度的碳質吸波材料。該機的雷達散射截面積小於0．1m2。YF-22隱身戰鬥機採用了大量的先進複合材料，占全機35%～40%，包括有石攀環氧樹脂和熱塑性碳纖維複合材料。該機具有更佳的隱身性能。此外，其他國家研製的隱身飛機還有前蘇聯的圖160海盜旗、圖-95B/C隱身轟炸機、安-24隱身運輸機、米格-29、米格-3l和蘇-27隱身戰鬥機．法國的幻影-200隱身戰鬥機，日本的F-SX隱身戰鬥機，也都不同程度地使用了微波吸收材料。
飛彈
美國、前蘇聯、日本等同在新一代飛彈的研製中都將隱身性能作為飛彈先進性的一個重要方面。新一代的飛彈都具有隱身能力，而各種先進復台材料和做波吸收材料在飛彈上已廣泛套用。美國和前蘇聯尤其重觀巡舟亢飛彈的隱身能力。美國的“戰斧”巡航飛彈的雷達散射面積只有0.05m2，新一代巡艦飛彈AGM-129的雷達散射面積將更小。
艦船
一般國家加強對隱身艦船的研製與開發，某些隱身艦船已經問世，並顯示出良好的隱身性能。美國的“海陰影(Seashadow)”號隱身艦採用了特製的複合材料能限制熱量的散發，從而能避開紅外探測。該艦兩側支柱內貼上了微波吸收材料，防止形成反射電磁波的通道，瑞典的“斯米格(Smyge)”號隱身試驗艦的主體由玻璃鋼、加固塑膠和凱芙拉爾纖維採用複合夾層技術製成。所有空氣通道都用雷達反射網或微波吸收材料覆蓋。為避開紅外探測，整艘艦都刖紅外偽裝材料塗刷。美國在21世紀隱身潛艇計畫中提出的隱身性能要求，噪聲輻射值低於20dB，並具有能有效控制磁和光信號傳播的手段。
其他微波吸收材料還可用於電子設備、元件、微波反射室以及提高雷達與微波設備性能等方面。
發展趨勢
今後開發研究的主要方面有：探索新的微波吸收理論與新的吸收劑。國外正在研究含放射性同位素的塗料和半導體塗料。其優點是吸收頻頻寬，反射衰減率高，使用壽命長，能較好地滿足超音速飛行的氣動要求。
未來的隱身材料必須具有寬的頻帶特性，需要有微波與紅外兼容的新型隱身材料。
隨著複合材料在飛行器上的套用日趨提高，采刖結構型微波吸收材料已成為飛行器材料的重要發展方向。新一代熱塑型樹脂如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚碸(PES)、聚芳碸(PEI)和聚乙烯亞胺(PAS)的推廣‘套用，為改進結構型微波吸收材料的物理性能、加工方式和降低成本提供了有利條件。
人們已認識到吸收劑的製造工藝、顆粒大小及形態對吸波性能有極大影響，國外正在開展微粒子和超微粒子的研究，包括研究新型的磁性微粒、超細金屬粉末及複合粉末等。此外還開展了納米材料與納米複合材料的研究。納米複合材料具有頻頻寬(覆蓋P、S、X、Ku毫米波段)、多功能(既能吸收雷達波，又能吸收紅外輻射)、重量輕、厚度薄等特點，是‘種有發展前途的高性能吸波材料。
陶瓷微波吸收材料具有其他微波吸收材料無法相比的優異耐環境性，正成為不少生產商的開發重點之一，其中電損式陶瓷產品(如SiC)重量輕、耐熱性好，引人注目。
