耐高温吸波材料的研究进展

耐高温雷达隐身材料对提高武器装备的生存能力具有重要意义和实际应用价值。本文总结了耐高温吸波材料的研究进展,详细论述了SiC基无氧陶瓷材料、三元层状化合物、碳材料和金属氧化物高温吸波剂的研究现状,主要介绍了电子结构调控、掺杂、多层结构设计和多孔结构设计等提高材料吸波性能的方法与机制,指出了现阶段高温吸波材料研究中存在高温氧化和变温吸波特性不明晰的问题。最后,展望了耐高温吸波材料应用化和智能化的研究趋势。     

氧化铝基吸波材料研究进展

雷达波吸收材料在国防领域发挥着重要的作用。厚度薄、密度低、吸收频带宽、吸收强是当前吸波材料的研究重点。高马赫飞行的武器装备会因空气阻力而使机体局部温度很高,常温吸波材料不适用,亟待研究耐高温并高效吸收电磁波的吸波材料。以氧化铝为基体,复合不同类型吸收剂制备的高温吸波材料已被广泛关注与研究。本文系统总结近年来金属(合金)/氧化铝复合吸波材料、非金属/氧化铝复合吸波材料、其他含氧化铝复合吸波材料的研究现状,对不同结构(纳米线、微球及纳米颗粒等)吸收剂与多种形态(多孔膜、纤维或纳米颗粒)氧化铝基体制备的复合吸波材料的结构、性能和吸波机理进行了分析,并对金属(合金)/氧化铝复合吸波材料及非金属/氧化铝复合吸波材料的发展方向做出展望。在金属(合金)/氧化铝复合吸波材料方面应加强:(1)开发纳米级的球形超细金属吸收剂,利用纳米粒子的特殊效应来提高吸波性能;(2)进一步探索合理的制备工艺,达到吸收剂与基体良好匹配。在非金属/氧化铝复合吸波材料方面:(1)进一步加强氧化铝纤维布和氧化铝网状基体与纳米吸波剂复合的研究;(2)加强高分子特殊核壳结构、阻抗匹配层等方面的研究;(3)加强宽频吸波材料及吸波剂改性增强吸波材料的研究;(4)开展金属氧化物粉体与无机黏结剂组成的无机基体方面研究。     

吸波型SiC陶瓷材料的研究进展

随着电子产品的广泛应用,电磁波泄露和干扰成为普遍问题,迫切需要发展新一代高性能吸波材料。SiC陶瓷及陶瓷基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、高强度、低密度、介电性能可设计等优异特性,是极具潜力的吸波型热结构材料。化学气相渗透和先驱体转化陶瓷法可实现陶瓷材料的微结构设计,是制备高性能吸波型热结构陶瓷的主要方法,日益受到关注。本文综述了吸波型热结构陶瓷的设计与制备方法及其吸波机理。     

新型吸波材料研究进展

以铁氧体复合吸波材料为例,概述了吸波材料发展趋势;介绍了两种新型隐身材料(碳纳米管复合吸波材料和左手材料)的发展现状,并对我国吸波材料的发展提出一些建议.     

碳团簇复合吸波材料的结构设计与性能

通过物理和化学方法制得聚丙烯腈(PAN)基碳团簇复合吸波材料,利用SEM和XRD对其结构及形貌进行了表征,并以碳团簇复合吸波材料和碳团簇材料分别为吸收剂制备的吸波涂层进行了吸波性能测试。结果表明:以碳团簇复合吸波材料为吸收剂制备的吸波涂层带宽要优于以碳团簇材料为吸收剂制备的吸波涂层,该碳团簇复合吸波材料兼具电和磁损耗的能力。     

星载硬质吸波材料真空功率耐受性能验证

星载吸波材料是复杂空间环境条件下天线、微波部组件大功率使用中满足隔离度要求的核心部件。本文研究了星载吸波材料真空功率耐受性能和吸波材料原材料制备工艺关键要素之间的关系,文中首先介绍了星载吸波材料电磁波吸收机理,其电磁参数直接关系到电磁波吸收性能优异与否;接着给出了影响电磁参数稳定性的原材料制备关键要素,以及成型材料的机加工艺特点;随后构建了一套星载吸波材料功率耐受性能的验证平台,开展功率试验;对两种工艺固化方法制备的原材料,分别制作了波导型吸收负载试验件进行试验验证。结果表明：（1）未进行高温预处理的吸波材料,残存未固化的小分子,会导致在高温真空工况下可凝挥发物析出增多,与外导体镀银层发生氧化反应,进而使负载组件的驻波变化率较大;（2）经过高温预处理后的吸波材料,在高温下的真空质损和可凝挥发物均得到了有效控制,其电磁参数也趋于稳定,负载组件的驻波变化率试验前后差异不大。因此,吸波材料原材料工艺制备过程中高温预处理属于关键要素;该工艺固化方法的有效实施将有助于星载吸波材料的应用,提高航天器在轨服役可靠性和安全性。     

含超材料的新型蜂窝夹层结构吸波复合材料

研究含超材料的新型蜂窝夹层结构复合材料的宽频吸波性能,分析吸波蜂窝高度和蜂窝介电性能对含超材料新型蜂窝夹层结构吸波复合材料吸波性能的影响规律。结果表明:吸波蜂窝高度增加有利于提升超材料结构单元的吸收效果;超材料吸波结构与吸波蜂窝的匹配效果随着吸波蜂窝介电性能的提升,先提高后降低,当吸波蜂窝介电常数实部介于1.59～1.84、介电常数虚部介于1.31～1.75时,匹配效果最好;引入超材料结构单元后,含超材料新型蜂窝夹层结构复合材料低频1～2 GHz频率范围的平均吸波性能显著提升,同时材料重量得到大幅度降低。     

颗粒尺寸对Fe-Si-Al 电磁与吸波性能的影响

为阐明吸收剂的颗粒尺寸与吸波材料电磁、吸波性能之间的关系,以气雾化球状Fe-Si-Al粉末为原料,通过筛分获得不同颗粒尺寸的Fe-Si-Al合金,以硅橡胶为基体制备了Fe-Si-Al吸波材料。借助振动样品磁强计和矢量网络分析仪分别研究了颗粒尺寸对Fe-Si-Al粉末和吸波材料的比饱和磁化强度、电磁参数和吸波性能的影响。结果表明:随着颗粒尺寸的减小,Fe-Si-Al粉末的比饱和磁化强度增加;吸波材料的复磁导率增加,复介电常数减小;3 mm厚的Fe-Si-Al吸波材料随其颗粒尺寸的减小,匹配频率向低频移动。减小吸收剂的粒径有助于提高其磁性能和吸波材料的低频吸收效果。     

隐身吸波材料技术的研究与应用

雷达吸波材料是隐身技术的重要组成部分，是当代吸波材料发展的主要方向。本文结合各类雷达吸波材料特点及工作原理，对各类吸波材料的应用进行概括总结。     

耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展

陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。     

Al-Cu-Mg-Ag系新型耐热铝合金研究进展

从合金成分设计、合金的微观组织演变及热处理工艺对合金性能的影响等方面,系统阐述近年来国内外对Al-Cu-Mg-Ag系新型耐热铝合金的研究及其进展情况.与第二代超音速飞机的其他备选材料相比,Al-Cu-Mg-Ag系合金具有较好的耐热性能和成本优势,代表了中强耐热铝合金的发展方向.     

激光供能换热器概念设计及性能分析

针对换热器模式激光推进的特点,设计了一种新颖的平板式换热器结构,这种结构由多层异质材料复合外壳、耐高温金属框架和层流微通道组成,具有较高的激光-热转换效率。建立了换热器出口截面二维温度场模型并进行数值分析,其结果验证了换热器结构的热稳定性。建立了换热器内部流体一维流动模型并进行数值分析,得出了激光辐照功率密度和流体入口速度对换热器内部流体温度分布的影响关系,验证了换热器结构设计满足流体通道压降小的要求。     

影响微动疲劳行为的材料因素研究

实验对比研究了两种结构不同的钛合金 [Ti6Al4V (α +β型 )和Ti5Al2 .5Sn(α型 ) ]和两种结构相同 (马氏体 )但强度与硬度差别较大的耐热不锈钢 (lCr11Ni2W 2MoV和Cr17Ni2 )的微动疲劳 (FF)抗力及微动垫材料的影响 ,以进一步探讨材料因素对FF抗力的作用规律和机制。在本文实验条件下 ,具有较高强度和疲劳极限的Ti6Al4V钛合金和Cr17Ni2耐热不锈钢的FF抗力分别高于Ti5Al2 .5Sn钛合金和 1Cr11Ni2W2MoV钢 ,即在材料组织结构相同或相近的条件下 ,屈服强度和疲劳极限决定FF抗力 ;当材料与高硬度配副接触时 ,FF裂纹易于萌生 ,FF损伤倾向增大 ,此时喷丸形变强化可更有效地提高材料的FF抗力。     

充气式再入飞行器柔性热防护系统的发展状况

讨论了充气式再入飞行器对柔性热防护系统的具体要求，归纳了柔性热防护系统设计的一般准则。概述了柔性热防护系统在充气式再入飞行器中的应用现状，并指出在多层隔热毡(MLI)外表敷设耐高温涂层是柔性热防护系统的理想方案。介绍了柔性热防护系统的材料技术，指出轻质、柔性和耐高温是柔性热防护材料的主要特征，并建议在充气式再入飞行器的总体设计过程中采用Nextel312作为主要候选材料来完成相应的热防护设计。     

燃油附件耐火试验温度场数值模拟与验证

为了准确预测耐火试验过程中航空发动机燃油附件的热场分布,提出了1种等效火焰建模方法建立相应的流固耦合传热模型,并对着火条件下试验件的工作特性进行数值模拟,分析了流动传热的机理,得到3维计算域的稳态温度场分布。对该试验件开展着火验证试验,监测了局部温度参数。仿真与试验结果的对比分析表明:仿真所得热场结构分布合理,局部温度值与试验结果吻合较好,该方法能准确地模拟火焰与试验件间的传热特性,可为航空发动机燃油附件的耐火设计提供参考。     

TiAl金属间化合物研究

TiAl金属间化合物是新一代发动机热端和航天飞机外部零件可采用的材料，比钛合金更耐高温且密度更低，本文分析了γ－TiAl基合金室温脆性的原因以及改善方法。     

随机复合材料统计多尺度边界元算法研究

热传输行为是空天飞行器热防护系统服役过程中的重要问题,研究随机复合材料的热传输机理,可为热防护系统材料与结构的一体化设计提供理论依据。针对随机复合材料的热传导问题,发展一种统计多尺度边界元算法,首先建立等效材料参数的统计多尺度分析模型,然后给出统计意义下等效参数的多尺度边界元预测算法,并通过与理论结果的对比来验证算法的有效性,最后研究微结构分布状态对陶瓷多孔材料等效导热系数的影响。结果表明:采用统计多尺度模型及多尺度边界元算法预测随机复合材料的热传导性能是有效的。     

耐烧蚀隔热涂层的研制

文摘采用环氧改性有机硅树脂、低温消融型填料、耐高温填料、增强剂、增韧剂及高成碳率的钡酚醛树脂粉等制备了一种耐烧蚀隔热涂层,研究了混配后涂层的耐烧蚀隔热性能。结果表明,该涂层是一种性能优良的防热涂层材料,具有良好的隔热和耐烧蚀性能,可用于火箭、导弹等飞行器的表面以及各种设备的防热保护。     

镀金属碳纤维吸波涂层添加剂的初探

吸波涂层采用导电纤维作为添加剂,主要吸波机制是以导电纤维作为谐振电偶极子,与具有损耗性能的介质材料基体相配合,将入射电磁波的能量大量谐振消耗在基体里,从而达到衰减的目的。导电纤维可以采用金属丝、不锈钢丝,镀铝涤纶纤维、镀银尼龙纤维以及镀金属碳纤维等本文采用镀金属碳纤维(MCF)作为主要研究对象。     

多缩水甘油氨酯型基体树脂的合成与性能研究

以多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)与2.3-环氧-1-丙醇为原料,合成了多缩水甘油多苯基多亚甲基多氨酯树脂(UE-712),并用元素分析及红外光谱法对它的化学结构进行了鉴定。DMA、DSC及力学与耐热性能试验表明,UE-712树脂比多缩水甘油醚酚醛树脂(F-51)具有更大的固化活性,在110℃下可发生明显的自固化反应。UE-712树脂固化产物的力学性能与耐热性都优于F-51。