高温吸波材料研究现状

文　摘：论述了常见的石墨、乙炔炭黑吸收剂、碳纤维和碳化硅高温吸收剂的性能和应用概况 ,重点论述了碳化硅纤维、纳米碳化硅吸收剂处理方法和性能。综述了高温吸波材料的研究及应用概况。
关键词：高温 ,吸收剂 ,吸波材料

Current Study of High Temperature Radar Absorbing Materials

Luo Fa 　　Zhou Wancheng　　 Jiao Huan　　Zhao Donglin

( 　State Key Laboratory of Solidification Processing Technology , Northwest Polytechnical University　Xi’ an　 710072　)

Abstract：Properties and applications of some common high temperature absorbers such as graphite , acetylene carbon black , carbon fiber and silicon carbide are reviewed. Treating methods and performance of silicon carbide fiber and nanometer silicon carbide absorber are presented with focus.Development and applications of high temperature radar absorbing materials are also summarized.
Key words：High temperature ,Absorber , Radar absorbing material

1 　引言

    大力发展和应用隐身技术 ,提高现代武器系统的攻击和生存能力 ,提高总体作战效能 ,已成为各国军事发展的重要组成部分。

    实现隐身的技术途径主要有两类:一是通过外形设计尽量减少雷达波散射截面,但因受到战术技术指标和环境条件的限制 ,进行理想设计有相当大的难度;二是应用吸波材料(RAM) 。因研制吸波材料则较为容易 ,且易于实施 ,所以吸波材料研究成为隐身技术中的研究“热点”。

    武器装备需要隐身的部位按照工作温度来划分 ,可以分为常温和高温两类。因为绝大部分磁性吸收剂居里温度较低 ,在高温下失去磁性 ,从而失去吸波性能 ,因此磁性吸波材料一般只能用于武器常温部位的隐身。武器高温部位的隐身必须采用高温吸波材料 ,一般为陶瓷吸波材料 ,其吸收剂为陶瓷吸收剂。由于高温吸波材料仅仅依靠材料的电损耗来吸收电磁波 ,故其吸波效率远低于磁性吸波材料 ,这就要求高温吸波材料具有较大的厚度。

2 　耐高温吸收剂

    吸收剂是吸波材料中起关键作用的组成部分,吸波材料主要靠吸收剂来吸收和衰减雷达波。要制备性能优异的吸波材料 ,首先必须研制质轻、吸收频带宽、对雷达波具有强吸收的吸收剂 ,因此高温吸收剂是高温吸波材料研究的关键。与磁性吸收剂相比 ,介电常数控制是高温吸收剂研究的重点和难点 ,而介电常数的频散效应的控制则是宽频带吸收所必须追求的目标。

    国内外研究的高温吸收剂主要有以下几种类型。

2. 1 　石墨、乙炔炭黑吸收剂

    乙炔炭黑属介电型吸收剂 , 由于其粒径为纳米级 ,不仅能吸收电磁波 ,还能有效抑制红外辐射;石墨在二战期间就被用来充填在飞机蒙皮的夹层中吸收雷达波 ,由于其密度低 ,也常被用来充填在蜂窝夹层结构中。导电炭黑还被用来与高分子材料复合 ,以调节高分子复合材料的导电率 ,达到吸波效果。石墨已经应用于结构吸波材料 , 美国在石墨/热塑性树脂基复合材料和石墨/环氧树脂基复合材料的研究方面取得了很大进展 , 这些复合材料在低温下( - 53 ℃)仍保持韧性 ,只是对高温和高湿度环境比金属稍微敏感 ,波音公司和洛克希德公司正在推动石墨/热塑性树脂基复合材料的应用 ,与石墨/环氧树脂基复合材料相比 ,这种材料具有高的韧性和损伤裕度;另外石墨和炭黑也被用在掺杂高损物吸波涂料中 ,这类吸波涂料由导电纤维与高损物(如炭黑、陶瓷和粘土等)和树脂组成 ,其中导电纤维的长度是雷达波波长的一半 ,高损物的厚度最好是雷达波波长1/ 4的奇数倍。石墨、乙炔炭黑作为高温吸收剂的缺点是高温抗氧化性差。

2. 2 　碳纤维吸收剂

    碳纤维电阻率较低约 10 - 2Ω· cm ,是雷达波的强反射体 ,只有经过特殊处理的碳纤维才具有一定的吸波性能。通过调节碳纤维的电阻率可以使其具有吸波功能 ,调节碳纤维电阻率使其具备吸波性能的方法有多种 ,如把碳纤维横截面做成三角形或有棱角的方形 ,对其进行表面改性 ,在其表面涂覆含有电磁损耗物质的树脂 ,沉积一层微小空穴的碳粉 ,喷涂镍或经氟化物处理等,都能大大提高碳纤维的吸波性能。碳纤维与玻璃纤维、 SiC 纤维混合使用吸波性能较好,能在宽频范围内有效衰减雷达波。碳/碳复合材料也可以制成吸波材料 ,美国威廉斯国际公司研制的碳/碳复合材料适用于高温部位 ,能很好地抑制红外辐射并吸收雷达波 ,还可制成机翼前缘、机头和