高熵陶瓷:吸波材料设计新策略北大核心CSCD

微波技术的进步促进了电磁防护技术的发展。吸波材料可以将过剩的电磁辐射以热量形式耗散,因此受到了广泛关注。面对复杂的电磁环境,寻找在1~18 GHz频段内兼具强吸收和宽频吸收性能的吸波材料具有重要意义。目前,吸波材料的设计方法主要包括制备纳米复相材料和掺杂改性。通过将介电损耗型和磁损耗型的材料在纳米尺度复合可以实现两种损耗机制的耦合,但制备工艺复杂、纳米填料分散性难以精确控制、高温热稳定性及抗氧化性差等问题是制约纳米复相材料应用的主要因素。超高温陶瓷具有高温热稳定性及抗氧化性好等优点,但阻抗匹配差使其难以作为吸波材料应用。通过设计和制备含有磁性组元的高熵陶瓷可以使超高温陶瓷材料兼具宽频吸收和强吸收的高效吸波性能。采用高熵设计方法可以同时调节导电性和增强磁损耗能力,为导电性良好的介电型吸波材料提供了调控阻抗匹配的新思路。     

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。     

多谱兼容隐身材料研究（下）——降温吸波多谱兼容隐身涂层设计与实验验证

本文对以防护工程为应用背景的降温与吸波兼容型隐身材料进行了物理结构模型设计和制备，对其多谱隐身性能进行了验证实验研究。研究结果表明，采用热反射隔热降温与吸波兼容的机理制备的涂层，可以满足防护工程固定目标的伪装使用。     

电阻渐变型结构吸波材料的研究与发展

结构吸波材料的发展建立在先进复合材料发展基础之上,融受力与吸波为一体,将新的吸波机制(如电阻片、电路模拟、手征媒质等)引入到结构吸波材料的研制中,可制备全新的结构吸波材料.电阻渐变型结构吸波材料具有优良的电结构可设计性,通过控制材料的类型(电介质或磁)、厚度、损耗系数及阻抗等,能够使雷达吸波材料具有宽频吸收效果,并可根据不同部位选择不同的结构形式,具有广阔的应用前景.     

石墨烯超材料吸波结构3D打印

石墨烯增强树脂基复合材料密度低,具有优良的电磁波吸收性能,是极具应用前景的雷达隐身吸波材料,传统的石墨烯吸波复合材料制备工艺复杂,难以灵活制备复杂结构。超材料作为一种人工电磁介质,以材料自身电磁特性为基础,通过单胞结构设计,可实现高性能超材料微波吸收结构(MetaMaterial Absorber,MMA)的设计,利用3D打印技术复杂结构零件快速成型的优势,可实现树脂基MMA功能结构一体化制造。综述了石墨烯增强树脂基复合材料、3D打印超材料吸波性能的研究进展,提出一种基于木堆结构的3D打印石墨烯增强聚乳酸复合材料梯度超材料吸波结构,该结构在4.5～40GHz频段内,具有35.5GHz的超宽频带微波吸收性能(反射损耗低于–10dB)。     

薄壁型结构吸波材料电结构设计研究

本文以薄壁型结构吸波材料为研究对象,利用CAD方法设计结构形式和材料参数,研究频率对吸波性能的影响规律,并将设计规律用于实际材料的研制。     

碳化硅陶瓷基复合材料的自愈合及结构吸波一体化研究进展

为满足高推重比航空发动机在长时热力氧化环境下的使用需求和航空发动机关键热结构部件的隐身需求,碳化硅陶瓷基复合材料正朝着自愈合抗氧化、兼具承载和吸波性能的结构吸波一体化发展。本文分别介绍了碳化硅陶瓷基复合材料在强韧化、自愈合抗氧化、电磁波吸收三方面的设计原则,综述了在这三方面的研究现状。一种材料同时具有高强度高韧性、自愈合抗氧化和吸收电磁波三方面的性质将是结构功能一体化CMC-SiC未来发展的大趋势。     

无纺布织物涂层的吸波性能

以无纺布为基材,采用叠层式结构制备无纺布织物涂层吸波材料。用3 cm波导测量系统在9.35GHz研究复合吸波剂(羰基铁粉和乙炔炭黑)含量和叠层结构对材料吸波性能的影响。结果表明,这种以无纺布为基材的吸波材料,通过控制吸波涂层的组成和设计合理的结构,增加入射电磁波与吸波材料的作用几率,可以改进材料的吸波性能并降低材料面密度。     

用于阻抗变换层的Li2O-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷制备及其微波介电特性

 采用热压和凝浇注无压烧结的方法制备了Li₂O-Al₂O3-SiO₂ 玻璃陶瓷阻抗变换层,研究表明烧结的工艺方法和参数对该玻璃陶瓷的致密度和复介电常数有很大的影响。在较高烧结温度和压力下,该玻璃陶瓷的复介电常数保持不变。降低烧结温度和压力时,能够得到一系列复介电常数在较小范围内变化的Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ 玻璃陶瓷,但复介电常数不随频率发生变化。将该玻璃陶瓷作为吸波材料的阻抗变换层后,大幅度提高了材料的吸波性能,而且其制备工艺对吸波性能也有一定的影响,可以通过改变该玻璃陶瓷的烧结条件来满足不同吸波材料设计对阻抗匹配层的多种要求。     

结构型吸波材料研究

本文主要介绍了隐身结构吸波材料的研究情况。通过理论设计及CAD辅助计算得到了一种“陷阱”式的宽频带层板型结构吸波材料和一种宽频带蜂窝夹层型结构吸波材料。     

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。     

前沿碳系/铁氧体复合材料的吸波性能研究

采用雷达吸波材料(RAM)是提高飞机隐身性能的一种有效方法。介绍了RAM的吸波机理,简述了膨胀石墨酚醛树脂、石墨烯碳纳米管复合材料、陶瓷基多层纳米碳管复合材料、手性聚苯胺钡铁氧体复合材料、聚苯胺纳米镍铁氧体复合材料的制备方法,并分别比较分析了各个材料的吸波性能。纳米碳系吸波复合材料具有对X波段电磁波吸收作用强、质量轻、耐环境腐蚀的特点。聚苯胺陶瓷基复合材料具有热稳定性强、耐氧化和腐蚀的特点,其突出优势是在高温下,还能保持很高的吸波性能和机械性能。铁氧体复合材料具有电磁性能强、硬度高、化学稳定性高等特点,并且适用于X波段外电磁波的吸收,吸波范围广。     

防腐蚀型宽频带雷达吸波涂料研究

通过雷达吸波涂料的电性能设计、吸收剂优选以及实际配方验证,最终制备了高性能防腐蚀型双层复合结构宽频雷达吸波涂料。该涂料厚度为1.7mm,面密度为4.0kg/m2时,雷达波频率在8~18GHz时反射率小于-11.0dB。高低温、耐海水、耐湿热等耐环境性能试验后,涂层外观、反射率和附着力无明显变化,说明其耐环境性能优良。     

含左手材料的单、双层结构微波吸波材料设计

提出了含左手材料的单层微波吸波结构及具有不同结构形式的双层微波吸波材料的设计方案。建立了用于描述其吸波性质的物理模型,利用转移矩阵方法逐一推导出了他们的吸波原理,提出了针对每种微波吸波材料结构的、在设计过程中必须遵从的设计原则。介绍了上述吸波结构的一般设计方法,并给出了经理论推导得出的、在设计过程中可能用到的计算公式。     

多层结构设计在吸波材料中的应用

简述了多层结构吸波材料设计的理论模型、设计原则及优化设计方法,从吸收剂材料的电磁特性方面总结了多层结构吸波材料的特点,详细论述了多层结构设计对吸波材料性能的影响,最后提出了多层吸波材料的技术难点和发展趋势。     

红外热像检测技术在吸波涂层缺陷研究中的应用

采用红外热像技术探索了一种吸波材料脱粘缺陷无损检测的方法。在铝合金基材上制备具有不同脱粘缺陷的吸波材料。采用红外热像检测系统监测热激励后材料样品表面的温度变化。通过对热图像和温度变化数据的分析,获得材料表面或缺陷的特征。试验表明这一方法可以有效地检测出铝合金基材上铁磁性吸波涂层脱粘缺陷,测量简便、结果直观,对涂层无损坏,可以实现吸波涂层施工中吸波涂层质量和使用过程中涂层可靠性的监控。     

化学气相沉积法制备吸波型SiCN陶瓷的研究进展

化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术,具有制备温度低、所得材料均匀致密、可实现近尺寸成型等优点,是制备功能材料的常用方法之一。本文综述了几种常见的CVD方法,如常压化学气相沉积(atmospheric pressure chemical vapor deposition,APCVD)、低压化学气相沉积(low pressurechemicalvapordeposition, LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapor deposition,PECVD)以及激光辅助化学气相沉积(laser assisted chemical vapor deposition,LACVD);重点阐述了采用LPCVD在较低温度下制备SiCN陶瓷吸波剂的工艺参数,提出了LPCVD是制备新型吸波陶瓷的主要方法。     

飞行器隐身结构材料优化设计与分析

在飞行器隐身结构材料研究中,为达到宽、轻、薄等设计指标要求,通常需要对隐身结构材料进行有效的优化设计。本文基于一种电磁损耗型吸波结构材料的电磁参数的测量值,给出了反射系数与入射波频率和各层厚度、电磁参数的函数关系,构造了多目标优化函数,并用计算机模拟的方法对各层的厚度和整体材料的吸波性能进行了优化。     

多薄层涂覆吸波材料计算设计方法研究

介绍了多薄层吸波材料的计算设计理论及优化方法 ,给出了单层、双层、多层吸波材料的计算设计结果 ,并预报了多层吸波材料对入射波的能量衰减和吸收带宽。采用表面涂覆技术制备了多薄层涂覆吸波材料的平板试样 ,并测试了其吸收带宽、吸收峰位及功率衰减等技术指标。理论计算与实验比较研究表明 ,采用第一性原理计算和计算机辅助优化设计结果与实验基本吻合。     

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。