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吸波材料的吸波机理

伟德betvlctor网页版-伟德国际victor1946既当电磁波穿过材料时，电磁能量被材料吸收，从而使入射的电磁能转化为热能等其它形式的能量而损耗的材料。材料吸收电磁波的基本条件是：

1）电磁波入射到材料上时，它能最大限度地进入材料内部（匹配特性）；

2）进入材料内部的电磁波能迅速地衰减掉（衰减特性）。实现第一个条件的方法是通过采取特殊的边界条件等来达到；而第二个条件则要求材料具有很高的电磁损耗。

当雷达波通过自由空间时具有阻抗，垂直投射到阻抗为半无限大的介质表面，发生反射，其反射系数由公式

1）决定公式

2）知，物体表面反射波阻抗与其表面的磁导率和电容率 " 之比的平方根成正比。因此为使雷达波不被反射，" 必须为零，即理想条件。各种吸波材料由于其吸波机理、内部结构组成、外形及入射波的入射角、极化方式不同，其反射系数也不同。为达到良好的吸波效果，要进行材料的选择，进行特定的设计。

2 粘结剂

吸波涂料主要由粘结剂和吸收剂组成。粘结剂是涂料的成膜物质，是使涂层牢固粘附于被涂物表面上形成连续膜的主要物质；而具有特定电磁参数吸收剂是吸波涂料的关键，它决定了吸波涂料的吸波性能。

粘结剂的选取应遵循以下原则

1) 对吸收剂纳入量大，比重轻；

2）附着力强，柔韧性、耐冲击性好；

3）耐温度变化、耐介质性能好；

4）具有与吸收剂相符的介电常数。从现有的研究进展来看，综合性能较好、工艺稳定的粘结基料体系主要有氯磺化聚乙烯、环氧树脂和聚氨酯。

氯磺化聚乙烯粘结剂具有优良的弹性、坚韧性、耐磨性和高度抗化学品性，与颜料并用时能吸收紫外线，耐久性好，但附着力较差，对吸收剂的纳入量较少。环氧树脂粘结剂具有优良的附着力、耐化学药品性，防腐蚀和耐水性也较好，但其低温不能固化，同时固化产物柔韧性差。随温度变化，在应力应变较大的部位容易产生脆性开裂、脱落现象。但可以通过添加液态橡胶等方式加以解决。聚氨酯粘结剂具有附着力强、耐磨损、耐腐蚀，可常温固化，还可根据使用要求调节其软硬度，同时也可以和各种树脂混合使用，可满足各种特殊的使用要求。

3 吸收剂

3.1 铁氧体吸收剂

铁氧体吸收剂因为价格低廉，吸波性能好，即使在低频、厚度薄的情况下仍有良好的吸波性能，在米波至厘米波范围内，可使反射能量衰减 17 ~ 20db，从 50 年代至今仍被广泛应用。按微观结构的不同，铁氧体可分为六角晶系铁氧体、尖晶石型铁氧体和稀土石榴石型铁氧体三类。作为吸收剂应用最为广泛的是尖晶石型铁氧体，由于尖晶石型铁氧体的介电常数和磁导率比较低，用纯铁氧体难以满足高性能的雷达波吸收材料的要求，但是把铁氧体粉末分散在非磁性体中而制成的复合铁氧体，则可以通过对铁氧体粉末的粒径、铁氧体粉末与非磁性体的混合比以及铁氧体组成来控制其电磁参数。目前已研制并广泛应用的有 ni-zn、li-zn、ni-mg-zn、mn-zn、li-cd、ni-cd、co-ni-zn、mg-cu-zn 等伟德betvlctor网页版-伟德国际victor1946。

3.2 羰基铁吸收剂

羰基铁吸收剂是目前最为常用的雷达波吸收剂之一，它是一种典型的磁损耗型吸收剂，磁损耗角可达 40 左右，与高分子粘结剂复合成的吸波涂料具有吸收能力强、应用方便等优点。但是由于羰基铁吸收剂存在着比重大，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。近期欧洲 gamma 公司研制了一种新型吸波涂料，这种吸波涂料采用以羰基铁单丝为主的多晶铁纤维作为吸收剂，可在很宽的频带内实现高吸收率，由于这种吸收剂体积占空比为25%，因此重量可减轻 40% ~ 60%。目前，该吸波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能性。

3.3 金属超细粉末或金属氧化物磁性超细粉末吸收剂

作为吸收剂的金属超细粉末或金属氧化物磁性超细粉末的细化，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。由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、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。

3.4 陶瓷类吸收剂

陶瓷类吸收剂主要有碳化硅、硼硅酸铝等，它具有比铁氧体、复合金属粉末等吸收剂密度低、吸波性能较好、可有效地减弱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组分，有可能实现轻质、薄层、宽频带和多频段，很有应用前景。碳化硅的粒径、热处理时间等对其吸波性能影响非常大，碳化硅在不同处理温度和时间条件下，其电阻率变化范围为 10 0 ~10 4 ! ·cm，通过控制工艺参数，可以对其显微结构和电磁参数进行控制，获得所希望的吸波效果。

3.5 纳米吸收剂

纳米材料是指材料组份的特征尺寸在纳米量级（1 ~ 100nm）的材料，它独特的结构使其自身具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应，金属、金属氧化物和某些非金属材料的纳米级超微粉在细化过程中，处于表面的原子数越来越多，增大了纳米材料的活性。在电磁场的辐射下，原子、电子运动加剧，促使磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收效果。由于纳米材料在具有良好吸波特性的同时还具有频带宽、兼容性好、面密度低、涂层薄的特点，美、俄、法、德、日等国都把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和探索。目前，美国研制的被称作”超黑粉”纳米吸波材料，所吸收的雷达波可达99%。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由胶粘剂及纳米级微粒填充材料组成。这种由多层薄膜叠合而成的结构具有很好的磁导率，50mhz 至 50ghz 内具有良好的吸波性能。总之纳米吸波涂料是一种非常有发展前途的吸波涂料。

3.6 放射性同位素吸收剂

放射性同位素（如 po-210、cm-242 和 sr-90 等）产生的等离子体是一种有效的电磁波吸收媒质，等离子区中的自由电子在入射电磁波的电场作用下将产生频率等于电磁波载波频率的强迫振荡，在振荡的过程中，运动的电子与中性的分子、原子以及离子发生碰撞，增加了这些粒子的动能，从而把电磁场的能量转变为媒质的热量。放射性同位素吸波涂层非常薄和轻，具有吸收频带宽、耐用性好和能承受高速空气动力等优点。另外，放射性同位素吸收剂还可以吸收红外辐射、声波等功能，是理想的多功能吸收剂。

3.7 导电高分子吸收剂

这类吸收剂利用某些高聚物所具有共轭 " 电子的线形或平面形构型与高分子电荷转移给络合物的作用，设计高聚物的导电结构，实现阻抗匹配和电磁损耗。美国信号产品公司开发了一种可用来对付 5 ~ 200ghz 雷达的吸波涂料，它以具有喷涂功能的高分子聚合物为基体，用具有极好的吸收雷达波特性的氰酸酯晶须和导电高聚物聚苯胺的复合物作吸收剂。其涂层具有易维护、吸收频带宽、涂层薄、质量好等优点。但由于用于这类导电高聚物的合成研究刚刚开始，是新开展的高分子材料研究领域，有待于进行深入的理论和实验研究。从最正值迅速负移，约 701 后电位发生反弹并一直保持着较正的值，这很可能是由于纳米硅溶胶使镀锌层发生钝化所致。在经历了 9601 后，当镀锌板腐蚀电位达到裸钢电位 - 0.642v（vs.sce）时，ac-m 和 ac-m-si 钝化样品分别为 - 1.024v、- 1.040v。直到第 14441 ac-m 钝化样品出现红锈为止，ac-m-si 钝化样品的腐蚀电位仍未达到裸钢电位，还保持在 - 1.000v 左右。

4 改性钝化膜防护机理分析

4.1 隔离作用

ac-m-si 钝化膜的耐蚀性之所以比 ac-m 的高，其原因之一是因为钝化液中的纳米胶态二氧化硅能与丙烯酸树脂组分的羟基发生交联反应，形成网状结构的大分子聚合物。另一方面，钝化膜中的胶态 sio 2 粒子之间还可通过 - oh 或 - o - 键和moo 4 2 - 阴离子配位体进行配位交联，相互间发生化学结合，形成溶胶式结构多核聚合体，使 ac-m-si 膜层更加致密，大大降低了有机物钝化膜的通透性。这种钝化膜不仅有效地阻挡外界水离子和氧等腐蚀性物质对镀锌层的侵蚀，而且还能减少膜中 mo离子的渗出，提高了钝化膜的防蚀效果及防护寿命。

4.2 缓蚀作用

改性钝化膜的高耐蚀性还突出表现在纳米 sio 2 粒子对镀锌层腐蚀的抑制作用：

1）在腐蚀初期，由于二氧化硅粒子表面硅烷醇基（si- oh）有助于具有缓蚀效果的碱式氯化锌（znci 2 ·4zn（oh）2 ）的生成，从而抑制了氯的还原反应，阻滞镀锌层继续腐蚀。

2）如果胶态 sio 2 粒子在腐蚀介质溶解生成sio 32 -离子，则可与带正电荷的锌离子化合，形成不溶性 znsio 3 产物膜阻滞了阳极极化过程，对镀锌层起到沉淀型缓蚀剂的效果。