隱身材料技術(shù)

手征隱身材料是指利用一個(gè)物體不論是通過(guò)平移或旋轉(zhuǎn)都不能與其鏡像重合的性質(zhì)制造的材料。研究表明, 手征隱身材料能夠減少入射電磁波的反射并能夠吸收電磁波。用于微波波段的手征隱身材料都是人造的。現(xiàn)在研究的手征吸波材料是在基體中摻雜手征結(jié)構(gòu)物質(zhì)形成的手征復(fù)合材料。

隱身材料是隱身技術(shù)的重要組成部分，在裝備外形不能改變的前提下，隱身材料(stealth material)是實(shí)現(xiàn)隱身技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。武器系統(tǒng)采用隱身材料可以降低被探測(cè)率，提高自身的生存率，增加攻擊性，獲得最直接的軍事效益。因此隱身材料的發(fā)展及其在飛機(jī)、主戰(zhàn)坦克、艦船、箭彈上應(yīng)用，將成為國(guó)防高技術(shù)的重要組成部分。

航空紅外隱身材料技術(shù)研究和應(yīng)用較多的是低紅外發(fā)射率材料、控溫材料等。近年來(lái)，紅外、厘米波兼容多頻譜隱身材料、智能型紅外隱身材料也成為研究的熱點(diǎn)。

紅外隱身材料涂料

低發(fā)射率材料通過(guò)調(diào)節(jié)目標(biāo)表面發(fā)射率來(lái)控制紅外輻射強(qiáng)度，材料形式以涂料為主，是紅外隱身材料最主要的研究領(lǐng)域。低紅外發(fā)射率涂料能降低目標(biāo)自身的熱輻射，同時(shí)具有使用方便、施工工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

低紅外發(fā)射率涂料主要由紅外低輻射填料和低吸收或透明粘接劑兩部分組成。

1)紅外低輻射填料

低輻射填料是低紅外發(fā)射率涂料的主要組成部分。填料的組成、尺寸形貌以及在涂層中的分散狀態(tài)等都會(huì)直接影響低紅外發(fā)射率涂料的輻射性能。

不透明體的反射率越高，發(fā)射率越低。因此，有較高反射率的金屬填料是比較好的紅外低輻射填料，如Al粉、Cu粉、Fe粉、zn粉等。石墨紅外吸收率高，發(fā)射率也高；一些金屬氧化物發(fā)射率較高；另一些則具有較高的紅外透過(guò)率，它們對(duì)涂料的熱紅外隱身性能不會(huì)有負(fù)面影響。燦粉性能優(yōu)良、價(jià)廉易得，成為金屬填料的主要研究對(duì)象，其中包括燦粉的形態(tài)、粒徑、在涂層中的含量等對(duì)低紅外發(fā)射率涂層性能的影響。

2)紅外低吸收或透明粘結(jié)劑

粘結(jié)劑一般對(duì)吸波涂層的電性能的影響很小，但對(duì)涂層紅外輻射性能卻有較大影響。曾有文獻(xiàn)指出，紅外隱身涂層在熱紅外波段的吸收能力至少有60%取決于粘結(jié)劑。

紅外隱身材料薄膜

低發(fā)射率薄膜是另一類(lèi)有發(fā)展前景的紅外隱身材料，是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。這類(lèi)材料按結(jié)構(gòu)可分為金屬膜、摻雜半導(dǎo)體膜、電介質(zhì)/金屬多層復(fù)合膜等。

低紅外發(fā)射率薄膜的制備方法很多，主要方法包括溶膠一凝膠法、化學(xué)氣相沉積法、真空蒸鍍法和濺射法等。溶膠一凝膠法主要是通過(guò)噴涂或浸涂的方法將待鍍材料的溶液，均勻地涂覆于加熱的襯底上，使噴涂或浸涂上的溶液發(fā)生水解反應(yīng)，從而形成薄膜；化學(xué)氣相沉積法是把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光乃至激光等能源，借助氣相作用在基片表面的化學(xué)反應(yīng)(熱分解或化學(xué)合成)生成要求的薄膜；真空蒸鍍法是在真空室中，通過(guò)電阻蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、高頻感應(yīng)蒸發(fā)等手段蒸發(fā)待形成薄膜的材料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸汽流至襯底表面凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法；濺射法則是在真空室中，充以惰性氣體，利用高頻、高壓電場(chǎng)作用產(chǎn)生高能量離子流轟擊靶材，使得靶材表面原子或原子團(tuán)逸出，然后在襯底的表面形成膜層，主要有直流、射頻、磁控等方法，其中磁控濺射法是制備金屬薄膜、摻雜半導(dǎo)體薄膜常用的方法。

紅外隱身材料控溫材料

紅外輻射強(qiáng)度與物體表面溫度的四次方成正比，對(duì)溫度變化更加敏感，控溫材料即是通過(guò)控制材料表面溫度來(lái)調(diào)節(jié)其紅外輻射強(qiáng)度。研究的控溫材料包括各種隔熱材料、有源制冷材料和相變材料等。

隔熱材料在紅外隱身領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，如針對(duì)目標(biāo)的強(qiáng)熱源部位的輻射抑制等。

有源制冷材料和相變材料在紅外隱身領(lǐng)域的研究起步較晚，大致十來(lái)年的時(shí)間，其中有源制冷材料采用半導(dǎo)體制冷機(jī)理，具有較高的輻射控制效率，但帶來(lái)功率負(fù)荷增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量增重以及多頻譜兼容困難等問(wèn)題，使其應(yīng)用范圍受到一定限制。相變控溫材料是一類(lèi)展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景的紅外隱身材料，具有應(yīng)用方便、形式多樣、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，例如美國(guó)采用微膠囊技術(shù)包覆脂肪烴，來(lái)降低目標(biāo)紅外可探測(cè)性。

紅外隱身材料智能型材料

智能紅外隱身材料即主動(dòng)式紅外隱身材料，代表了隱身材料技術(shù)研究的最先進(jìn)方向。它是一種具有感知功能、信息處理功能、自我指令并對(duì)信號(hào)做出最佳響應(yīng)功能的材料系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。材料由低發(fā)射率向可變發(fā)射率(自適應(yīng)材料體系)方向發(fā)展；由單純控發(fā)射率向控發(fā)射率/控溫結(jié)合的方向發(fā)展。 2100433B

控制紅外隱身材料的發(fā)射率主要用涂料和薄膜。涂料一般是采用具有較低發(fā)射率的涂料，以降低目標(biāo)的紅外輻射能量，且涂料還應(yīng)具有較低的太陽(yáng)能吸收率和一定隔熱能力，以避目標(biāo)表面吸熱升溫，并防止目標(biāo)有過(guò)多熱紅外波段能量輻射出去。涂料通常由顏料和膠黏劑配制而成。

紅外隱身材料顏料

顏料是影響紅外隱身涂料性能的基本因素之一，其選用應(yīng)符合以下要求：

(1)在紅外波段有較低的發(fā)射率。

(2)在近紅外波段具有較低的吸收率。

(3)能與雷達(dá)、可見(jiàn)光和近紅外等波段的隱身要求兼容。

用于紅外隱身涂料配方中的顏料大致可分為金屬顏料、著色顏料和半導(dǎo)體顏料。

紅外隱身材料膠黏劑

膠黏劑是影響紅外隱身涂料性能的另一個(gè)基本因素，其選用應(yīng)符合以下要求：

(1)可保護(hù)顏料并在涂層的整個(gè)使用期內(nèi)保持其紅外特性不變。

(2)在所選光譜范圍紅外透明。在紅外隱身涂料配方中使用的膠黏劑包括有機(jī)膠黏劑和無(wú)機(jī)膠黏劑，以有機(jī)膠黏劑使用最為廣泛。

紅外隱身材料其他影響因素

1)涂層厚度

涂層厚度對(duì)輻射帶強(qiáng)度和譜帶分辨率有很大影響。在常溫下涂料的紅外輻射性能主要取決于約35～40 um厚的表面層。當(dāng)涂層厚度小于此值時(shí)，發(fā)射率與基體的性質(zhì)和粗糙度有關(guān)；當(dāng)涂層厚度大于160～170um時(shí)，涂層厚度對(duì)其輻射性能無(wú)影響。

2)涂覆工藝

涂覆工藝直接影響涂層的表面微結(jié)構(gòu)形態(tài)和取向。測(cè)試結(jié)果表明，涂刷操作的不同就可使同配方涂層的發(fā)射率和反射率出現(xiàn)10%的偏差。刷涂的樣品比用噴槍噴涂的樣品發(fā)射率低，且物理性能更好；表面光滑的樣品比表面粗糙的樣品發(fā)射率低。從降低￡值考慮，涂層表面越光滑，￡值越低，但光滑表面對(duì)太陽(yáng)輻射呈鏡面反射，使目標(biāo)在某一方位的輻射能量增加，造成目標(biāo)被探測(cè)到的可能性增大。因此，當(dāng)考慮目標(biāo)對(duì)環(huán)境輻射能量的反射時(shí)，涂層表面應(yīng)有一定的粗糙度，使之呈漫反射。

3)襯底

紅外隱身涂料總要被涂敷在某一襯底(或載體)上使用，通過(guò)對(duì)銅、鋁、鐵、白金、溴化鉀和玻璃在300℃下的輻射光譜可看出，大部分金屬都有較低的比輻射率，而溴化鉀和玻璃在低波數(shù)區(qū)有較高的比輻射率。因此，對(duì)涂料來(lái)講，金屬是非常好的載體，尤其是白金。即使在很高的溫度下，也有極低的反應(yīng)活性。資料表明，拋光的金屬具有更低的發(fā)射率和更高的反射率，但拋光的金屬表面黏附性不好，在進(jìn)行涂敷時(shí)，除了應(yīng)進(jìn)行一般的除油處理外，還應(yīng)進(jìn)行表面磷酸化處理或陽(yáng)極化處理，使之表面形成一層氧化層，從而增加其黏附性。同時(shí)，新形成的氧化膜對(duì)涂敷在其上面的涂料的紅外輻射性能又形成新的影響，這方面的內(nèi)容有待于進(jìn)一步研究。