吸波复合材料-材料学课件.ppt

1、n报告人：麻亚挺n专业：材料学n学号：20720131150068吸 波 复 合 材 料2341目录目录 CONTENTSCONTENTS背景及应用研究思路地空雷达示意图地空雷达示意图军用隐身军用隐身：使敌方的各种探测系统(如雷达、红外等)发现不了我方的武器，无法实施拦截和攻击。隐身技术是隐身技术是高技术综合体高技术综合体外形设计外形设计隐身材料隐身材料军用隐身军用隐身技术技术研究思路战机隐身技术战机隐身技术雷雷 达达 可可 探探 测测 面面 积积隐身战机的先驱：隐身战机的先驱：F-117AF-117A（夜鹰）（夜鹰）隐身特性隐身特性复杂的多面体外形多面体外形，使反射雷达波改变方向，产生散射，

2、敌方雷达很难收到反射信号机身、机翼和垂尾大量采用了玻璃纤维、碳纤维等雷达隐身材料隐身材料研究思路隐身战斗机：美国隐身战斗机：美国VSVS中国中国F22F35J20J10研究思路民用领域的吸波材料民用领域的吸波材料防辐射键盘防辐射键盘防辐射天线防辐射天线铁氧体电磁吸收环铁氧体电磁吸收环（用于通信，导航，电磁兼容（用于通信，导航，电磁兼容防止电子器件之间的磁干扰）防止电子器件之间的磁干扰）吸波机理吸收吸收越多越多透射透射越少越少电磁波通过吸波材料的特点电磁波通过吸波材料的特点电磁波通过吸波材料示意图反射反射越少越少阻抗匹配特性衰减特性材料表面的阻抗与自由空间的特征阻抗尽可能的接近使得入射的电磁波尽

3、可能多地进入到材料内部,在空气和材料界面的反射系数接近零包括电阻损耗、介电损耗和磁损耗等将电磁能转换成热能或其它形式的能量而耗散掉使从材料内部透射的电磁波尽可能的少吸波材料满足的两个条件吸波材料满足的两个条件研究思路电磁学基础知识电磁学基础知识电磁波的电磁特性可描述为：介电常数()和磁导率()的函数因此吸波材料的吸收电磁波特性同样由介电常数和磁导率所决定,介电常数 和 磁导率可写成复数形式如右阻抗匹配特性阻抗匹配特性R R：反射系数：反射系数Zin：界面处波阻抗Z0：空气的阻抗当Zin=Z0 时，反射系数R=0即该材料与自由空间波阻抗达到了匹配入射的电磁波尽可能多地进到材料内部,在空气和材料界

4、面的反射系数接近零尽可能的通过工艺调配使材料的介电常数 和 磁导率来达到阻抗匹配电磁波的介电损耗和磁性损耗特性常用损耗正切角来表示电损耗机制电损耗机制：1、电阻损耗2、电介质中杂质引起的漏 导电流损耗3、电介质中的电偶极子极 化引起的电流损耗磁性损耗磁性损耗机制：机制：1、磁滞损耗和磁后效损耗2、涡流损耗3、畴壁共振和自然共振损 耗等虚部越大，损耗越大虚部越大，损耗越大损耗损耗特性特性单一组元单一组元吸收剂：吸收剂：难以同时满足阻抗 匹配和损耗特性吸收剂吸收剂（金属粉末）（金属粉末）+绝缘介质绝缘介质(聚合物基体聚合物基体)使复合材料整体不呈现金属特性，以减小金属对电磁波的反射，提高阻抗匹配金

5、属金属/介电核壳结构微纳米胶囊介电核壳结构微纳米胶囊同时有磁性损耗和介电损耗、涡流效应具有高的损耗和较好的阻抗匹配特性为什么要复合为什么要复合复合材料吸收剂：复合材料吸收剂：才能在满足透射时 增加吸收基体基体骨架作用，提供材料的力学性能强的粘附力、耐磨性、耐冲刷性阻抗接近自由空间的阻抗添加剂添加剂改进加工工艺提高产品质量赋予材料特殊功能吸收剂吸收剂良好的频率特性较高的电磁损耗性基体中容易分散价格便宜复合吸波材料的基本构成复合吸波材料的基本构成研究思路吸波材料的复合及性能吸波材料的复合及性能蜂窝平板夹层吸波结构试验件示意图吸波材料反射损耗图宽的吸收频率+高的反射损耗高透射+强吸收吸波材料的分类按

6、成型工艺分类按成型工艺分类成型工艺成型工艺涂覆型涂覆型结构型结构型 具有电磁波吸收功能的涂料或者贴片材料将吸收剂分散在层状材料中或者采用复合材料做面板铁氧体铁氧体（吸收剂）（吸收剂）+机高分子材料机高分子材料（黏结剂黏结剂）+附加物附加物具有磁吸收和电吸收具有磁吸收和电吸收体积小、吸波效果好、体积小、吸波效果好、成本低的特点成本低的特点密度大、高温特性差密度大、高温特性差超细磁性金属粉末超细磁性金属粉末+高分子黏结剂高分子黏结剂通混合比例调节电磁通混合比例调节电磁参数，达到理想的吸参数，达到理想的吸波效果波效果微波磁导率较高、微波磁导率较高、温度稳定性好温度稳定性好抗氧化、耐酸碱能抗氧化、耐酸

7、碱能力差力差涂敷型吸波材料涂敷型吸波材料纳米吸波涂层纳米吸波涂层导电高聚物导电高聚物涂层涂层磁纤维吸波涂层磁纤维吸波涂层手性吸波手性吸波涂层涂层尺寸在尺寸在0.1-100nm0.1-100nm：小于雷达发射的电磁波波长，对雷达波的透射率强比表面积大：比表面积大：对电磁波和红外光波的吸收率大纤维纤维：可通过多种吸波机制宽频带内实现高吸收，重量重量：可减轻40-60%共轭电子共轭电子：线形或平面形构型高分子电荷高分子电荷：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 在基体树脂中在基体树脂中：掺和一种或多种具有不同特性参数的手性媒质构成。手性材料手性材料的的双各向同性的特性双各向

8、同性的特性：其电场与磁场相互耦合设计吸波材料涂敷型吸波材料涂敷型吸波材料混杂纱混杂纱陶瓷型陶瓷型C-CC-C型型增强纤维之间按一定比例的混杂优良的吸透波性能吸透波性能+重量轻、强度大、韧性好重量轻、强度大、韧性好等特点作为制造隐身飞机机身、导弹壳体等部件能大大减少隐身飞行器雷达散射截面。如SiC纤维、Al2O3纤维、Si3N4等陶瓷型吸波材料能满足在特殊情况下耐高温、高速热气流冲击耐高温、高速热气流冲击的要求极稳定的化学键极稳定的化学键：抗高温烧蚀性能好、强度高、韧性大，还具有优良的吸波性能。缺点缺点：抗氧化性差，结构型型吸波材料结构型型吸波材料根据材料损耗的机理分类根据材料损耗的机理分类电阻

9、损耗型电阻损耗型介电损耗型介电损耗型磁损耗型磁损耗型电场的相互作用：电场的相互作用：电导率越大，越有利于电磁能转化为热能炭系材料炭系材料石墨导电金属导电金属铝、铜导电高分子导电高分子聚苯乙烯、聚乙炔、聚吡咯、聚对亚苯等介质的极化弛豫损耗介质的极化弛豫损耗：高介电常数和介电损耗角正切陶瓷类陶瓷类碳化硅、氮化硅、碳化硅-硅纤维、钛酸钡。二氧化锰类二氧化锰类不同形貌、掺杂、与其他吸收剂复合介质的磁滞、涡流：介质的磁滞、涡流：磁后效、自然共振、畴壁共振，复磁导率、磁损耗角正切铁氧体铁氧体尖晶石型、石榴石型和磁铅石型磁性金属磁性金属铁、钴、镍及其合金所组成的细微粉或纤维状材料材料的损耗机理分类材料的损耗机理分类吸波材料的发展趋势吸波材料的发展趋势吸波材料的发展趋势吸波材料的发展趋势兼容化兼容化复合化复合化智能化智能化宽频带吸波宽频带吸波：即用同一种隐身材料对抗多种波段的电磁波源的探测多材料复合：多材料复合：以满足”薄、宽、轻、强”等综合性能。智能型材料智能型材料：具有感知功能、信息处理功能等功能的材料。n报告人：麻亚挺n专业：材料学n学号：20720131150068