微波吸收材料概述

微波吸收材料應(yīng)具有良好的吸波性能，即有高于要求的閾值的微波吸收率和寬的吸收頻帶。此外，這種材料還應(yīng)具有小的厚度和面密度，良好的力學(xué)性能和抗環(huán)境性能以及為用戶接受的價(jià)格。

為了對(duì)抗雷達(dá)和其他電子設(shè)備的偵察和跟蹤，選用合適微波吸收材料與目標(biāo)外形設(shè)計(jì)相結(jié)合，可以更好的起到降低雷達(dá)散射截面(RCS)的作用，從而起到隱身作用。這種雷達(dá)隱身技術(shù)不僅為航天、航空飛行器采用，海上的軍用艦船、陸地的各種軍用車輛和地面發(fā)射設(shè)施也都采用了微波吸收材料，甚至還用于民用建筑的鐵塔、橋梁上。

在20世紀(jì)30年代中期，各國(guó)開始了吸收電磁波材料的研究，荷蘭制出了第一種微波吸收材料，日本東京工業(yè)大學(xué)研制出了鐵氧體，并在1932年取得了專利權(quán)。二次世界大戰(zhàn)期間，雷達(dá)探測(cè)飛機(jī)和水面艦艇有明顯進(jìn)展，迫使各國(guó)千方百計(jì)尋找減少飛機(jī)和潛艇的被發(fā)現(xiàn)方法。其中著名的有德國(guó)的“煙囪掃描”計(jì)劃，主要目的是研制吸收雷達(dá)波的材料，用以裝備潛艇的通氣管和潛望鏡，共研制出兩種材料“韋許”(wesch)和“朱曼”(Jnuman)，厚度分別為7．6mm和76mm。美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出0.60～1.88mm微波吸收材料。60年代，日本東京技術(shù)學(xué)院研究鐵氧體，取得很大進(jìn)展。70年代中期以來(lái)，日本、美國(guó)及前蘇聯(lián)等國(guó)已研制出3．2～20GHz系列的微波吸收材料，并用于多種軍事裝備隱身材料。這個(gè)時(shí)期是隱身技術(shù)和微波吸收材料全面發(fā)展和推廣應(yīng)用階段。美國(guó)已研制多種結(jié)構(gòu)型微波吸收材料，如美國(guó)愛摩遜·卡明公司研制成的SF—RB材料厚度為3～5mm；洛克威爾公司研制出復(fù)雜蜂窩狀物。美國(guó)還研制成RAc0材料，厚度為10～20mm，反射頻率2～15GHz。

80年代中期以后，中國(guó)的微波吸收材料的研制已有很大進(jìn)展。

微波吸收材料主要組分為吸收劑，其次為粘結(jié)劑及有關(guān)助劑。微波吸收材料的吸波性能主要取決于吸收劑及其制備工藝。吸收劑是吸收電磁波的主體基料，通過(guò)特定的工藝技術(shù)制備而成。吸收劑通常為粉狀或纖維狀等，如鐵氧體粉、羰基鐵粉、各種超微金屬粉、碳化硅粉、碳化硅纖維、碳纖維、金屬纖維和有機(jī)高分子聚合物等。新型吸收劑有復(fù)合鐵氧體、超微金屬粒子、碳化硅、有機(jī)高分子聚合物(功能高分子)納米材料等。

按應(yīng)用可分為涂敷型、貼片型和結(jié)構(gòu)型微波吸收材料；按工作原理可分為干涉型和吸收型微波吸收材料。

涂敷型微波吸收材料

以樹脂型和像膠型等高分子溶液或乳液為基料，將吸收劑按一定比例經(jīng)特定工藝加入其中而制成。已得到廣泛應(yīng)用的涂料通常是以各種鐵氧體、鐵及其合金微粉為主要吸收劑的涂敷型吸波材料。日本、美國(guó)已研制成一系列鐵氧體微波吸收材料，如鋰鎘鐵氧體、鋰鋅鐵氧體、鎳鎘鐵氧體和陶瓷鐵氧體等。涂敷型微波吸收材料施工方便，成本低，適用于復(fù)雜外形物體；其缺點(diǎn)是重量、厚度和粘合力等問(wèn)題往往影響設(shè)備的空氣動(dòng)力學(xué)特性。

貼片做波吸收材料

貼片不適應(yīng)很復(fù)雜外形。但能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用的貼片有橡膠片、陶瓷片和塑料片。

結(jié)構(gòu)型微波吸收材料

以非金屬?gòu)?fù)合材料為載體加入吸收劑制成。通常以環(huán)氧樹脂和熱塑性材料為基體，填充鐵氧體、石墨、炭黑等吸收劑，如碳纖維/環(huán)氧樹脂、石墨/熱塑性材料、硼纖維/環(huán)氧樹脂、石墨纖維/環(huán)氧樹脂等。該型材料既能減小電磁波的散射，又能承受一定載荷，比一般金屬材料重量輕，有一定的強(qiáng)度和剛度，已獲應(yīng)用。

干涉型微波吸收材料

干涉型微波吸收材料，以電磁波的干涉為主，在中心頻率點(diǎn)上入射電磁波和反射電磁波相位相反(相位差180°)而相互抵消。這類材料的特點(diǎn)是頻率范圍窄，可在高頻情|兄下使用，材料可做得較薄。

吸收型微波吸收材料

利用入射的電磁波在物體中的介電損耗和磁損耗大，將電磁能轉(zhuǎn)換成熱能或其他形式的能。吸收型微波吸收材料又分為電損型和磁損型兩類。通常，電損型材料吸收高頻率的效果較好；而磁損型材料吸收低頻更有效。如果將兩者結(jié)合起來(lái)，可以制成一種較寬頻率范圍的吸波材料。電損型微波吸收材料是以碳粉或金屬顆粒為基礎(chǔ)，通過(guò)厚度、深度變化和改變填充劑的種類制得一種漸變介電性能吸波材料。磁損型微波吸收材料是填充磁性材料如鐵氧體或羰基鐵粉的聚合物，如環(huán)氧聚硫、硅橡膠、尿烷和氟彈性體制成的薄層材料。

主要用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船等裝備。

微波吸收材料飛機(jī)

美國(guó)在50年代將做波吸收材料用在SR-71黑鳥偵察機(jī)上，60年代又在A-12海軍攻擊機(jī)上使用了吸波涂層和結(jié)構(gòu)型吸波材料。美國(guó)的F-117A隱身戰(zhàn)斗機(jī)，B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)及YF-22隱身戰(zhàn)斗機(jī)代表著當(dāng)今世界隱身技術(shù)的先進(jìn)水平。F-117A是已投入實(shí)戰(zhàn)的飛機(jī)，它的全機(jī)主要結(jié)構(gòu)表面涂以“鐵球”吸波材料，其垂直尾翼和翼前緣安有三角吸波塑料襯墊，其高溫部位主要選用碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。該機(jī)的雷達(dá)吸收率高達(dá)98%。B-2第二代隱身轟炸機(jī)已研制成功，第一架飛機(jī)已開始服役。B-2大部分結(jié)構(gòu)采用塑料、石墨/環(huán)氧樹脂、碳纖維及陶瓷材料。發(fā)動(dòng)機(jī)外部涂有超高密度的碳質(zhì)吸波材料。該機(jī)的雷達(dá)散射截面積小于0．1m2。YF-22隱身戰(zhàn)斗機(jī)采用了大量的先進(jìn)復(fù)合材料，占全機(jī)35%～40%，包括有石攀環(huán)氧樹脂和熱塑性碳纖維復(fù)合材料。該機(jī)具有更佳的隱身性能。此外，其他國(guó)家研制的隱身飛機(jī)還有前蘇聯(lián)的圖160海盜旗、圖-95B/C隱身轟炸機(jī)、安-24隱身運(yùn)輸機(jī)、米格-29、米格-3l和蘇-27隱身戰(zhàn)斗機(jī)．法國(guó)的幻影-200隱身戰(zhàn)斗機(jī)，日本的F-SX隱身戰(zhàn)斗機(jī)，也都不同程度地使用了微波吸收材料。

微波吸收材料導(dǎo)彈

美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本等同在新一代導(dǎo)彈的研制中都將隱身性能作為導(dǎo)彈先進(jìn)性的一個(gè)重要方面。新一代的導(dǎo)彈都具有隱身能力，而各種先進(jìn)復(fù)臺(tái)材料和做波吸收材料在導(dǎo)彈上已廣泛應(yīng)用。美國(guó)和前蘇聯(lián)尤其重觀巡舟亢導(dǎo)彈的隱身能力。美國(guó)的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈的雷達(dá)散射面積只有0.05m2，新一代巡艦導(dǎo)彈AGM-129的雷達(dá)散射面積將更小。

微波吸收材料艦船

一般國(guó)家加強(qiáng)對(duì)隱身艦船的研制與開發(fā)，某些隱身艦船已經(jīng)問(wèn)世，并顯示出良好的隱身性能。美國(guó)的“海陰影(Seashadow)”號(hào)隱身艦采用了特制的復(fù)合材料能限制熱量的散發(fā)，從而能避開紅外探測(cè)。該艦兩側(cè)支柱內(nèi)粘貼了微波吸收材料，防止形成反射電磁波的通道，瑞典的“斯米格(Smyge)”號(hào)隱身試驗(yàn)艦的主體由玻璃鋼、加固塑料和凱芙拉爾纖維采用復(fù)合夾層技術(shù)制成。所有空氣通道都用雷達(dá)反射網(wǎng)或微波吸收材料覆蓋。為避開紅外探測(cè)，整艘艦都刖紅外偽裝材料涂刷。美國(guó)在21世紀(jì)隱身潛艇計(jì)劃中提出的隱身性能要求，噪聲輻射值低于20dB，并具有能有效控制磁和光信號(hào)傳播的手段。

其他微波吸收材料還可用于電子設(shè)備、元件、微波反射室以及提高雷達(dá)與微波設(shè)備性能等方面。

微波吸收材料(microwave absorbing material)是一種能吸收微波、電磁能而反射與散射較小的材料。又稱雷達(dá)吸收材料(radar absorbing material)或雷達(dá)隱身材料(radar stealth material)。吸收微波的基本原理是通過(guò)某種物理作用機(jī)制將微波能轉(zhuǎn)化為其他形式運(yùn)動(dòng)的能量，并通過(guò)該運(yùn)動(dòng)的耗散作用而轉(zhuǎn)化為熱能。微波激發(fā)的一切形式的有耗運(yùn)動(dòng)皆可成為吸收機(jī)制。常見的機(jī)制有電感應(yīng)、磁感應(yīng)、電磁感應(yīng)，以及電磁散射等。實(shí)際應(yīng)用的微波吸收材料常?？赡苡卸喾N機(jī)制起作用。

今后開發(fā)研究的主要方面有：探索新的微波吸收理論與新的吸收劑。國(guó)外正在研究含放射性同位素的涂料和半導(dǎo)體涂料。其優(yōu)點(diǎn)是吸收頻帶寬，反射衰減率高，使用壽命長(zhǎng)，能較好地滿足超音速飛行的氣動(dòng)要求。

未來(lái)的隱身材料必須具有寬的頻帶特性，需要有微波與紅外兼容的新型隱身材料。

隨著復(fù)合材料在飛行器上的應(yīng)用日趨提高，采刖結(jié)構(gòu)型微波吸收材料已成為飛行器材料的重要發(fā)展方向。新一代熱塑型樹脂如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚芳砜(PEI)和聚乙烯亞胺(PAS)的推廣‘應(yīng)用，為改進(jìn)結(jié)構(gòu)型微波吸收材料的物理性能、加工方式和降低成本提供了有利條件。

人們已認(rèn)識(shí)到吸收劑的制造工藝、顆粒大小及形態(tài)對(duì)吸波性能有極大影響，國(guó)外正在開展微粒子和超微粒子的研究，包括研究新型的磁性微粒、超細(xì)金屬粉末及復(fù)合粉末等。此外還開展了納米材料與納米復(fù)合材料的研究。納米復(fù)合材料具有頻帶寬(覆蓋P、S、X、Ku毫米波段)、多功能(既能吸收雷達(dá)波，又能吸收紅外輻射)、重量輕、厚度薄等特點(diǎn)，是‘種有發(fā)展前途的高性能吸波材料。

陶瓷微波吸收材料具有其他微波吸收材料無(wú)法相比的優(yōu)異耐環(huán)境性，正成為不少生產(chǎn)商的開發(fā)重點(diǎn)之一，其中電損式陶瓷產(chǎn)品(如SiC)重量輕、耐熱性好，引人注目。2100433B