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吸波涂料概述王连杰1，高焕方2（1.总装重庆军代局驻重庆地区军代室，重庆，400039；2.中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039）摘要 重点对吸波涂料的吸波机理以及粘结剂和吸收剂种类进行了论述，并对吸波涂料的发展趋势进行了简单描述。关键词 吸收剂；吸波涂料；隐身涂料中图分类号 TB34文献标识码 A文章编号 1001-3660（2004）06-0013-02Summarization of Antiradar CoatingsWANG Lian-jie，GAo Huan-fang（1.Military Representative Office in Chongging，Chongging 400039，China；2.No.59 Institute of China Ordnance Industry，Chongging 400039，China）Abstract Absorbing mechanism and kinds of adhesives and absorbents are discussed and the developmenttrend of antiradar coatings is simply described.Key words Absorbent；Antiradar coatings；Stealth coatings收稿日期 2004-07-14作者简介 王连杰（1963-），男，黑龙江大庆人，工程师，长期从事隐身涂料的验收工作。0引言现代战争、特别是高技术条件下的局部战争，是一场以中远程精确打击为特点的海、陆、空、天、磁五位一体的信息化战争。在这种信息获取与反获取的争夺战中，隐身兵器发挥着十分重要的作用。为了隐蔽自己，发现和打击敌人，大力发展隐身技术和装备具有隐身性能的武器系统已成为争夺国防高科技制高点和控制战争主动权的重要手段。由于雷达侦察是目前世界上用得最多、最有效的侦察手段之一，因此雷达隐身技术自然也就成为一种最重要的隐身技术，国内外有关部门都进行了大量的研究。雷达隐身技术的研究主要集中在结构设计和吸波材料两个方面，并且吸波材料按其成型工艺和承载能力，又可分为涂料型吸波材料和结构型吸波材料两大类1。结构设计需对目标系统进行彻底的设计改造，耗资巨大，且不适于现有武器装备的隐身需求。而吸波材料，是利用材料的高损耗性能，将照射到目标系统上的电磁能转化为热能等其它形式的能量而发散，达到全方位隐身效果，这种方法的主要特点是对装备改动小，特别适用于现有武器装备的隐身需求，并且吸波涂料因具有施工简便，对目标的外形适应性强和武器系统的机动火力性能影响小等特点，倍受各国重视。1吸波材料的吸波机理2吸波材料既当电磁波穿过材料时，电磁能量被材料吸收，从而使入射的电磁能转化为热能等其它形式的能量而损耗的材料。材料吸收电磁波的基本条件是：1）电磁波入射到材料上时，它能最大限度地进入材料内部（匹配特性）；2）进入材料内部的电磁波能迅速地衰减掉（衰减特性）。实现第一个条件的方法是通过采取特殊的边界条件等来达到；而第二个条件则要求材料具有很高的电磁损耗。当雷达波通过自由空间时具有阻抗!0，垂直投射到阻抗为!1的半无限大的介质表面，发生反射，其反射系数由公式（1）决定。由公式（2）知，物体表面反射波阻抗与其表面的磁导率!和电容率之比的平方根成正比。因此，=（1-!1/!0）/（1+!1/!0）（1）!0=!0/!0!1=!0!#1/#!1（2）为使雷达波不被反射，必须为零，即理想条件!1=!0。各种吸波材料由于其吸波机理、内部结构组成、外形及入射波的入射角、极化方式不同，其反射系数也不同。为达到良好的吸波效果，要进行材料的选择，进行特定的设计。2粘结剂吸波涂料主要由粘结剂和吸收剂组成。粘结剂是涂料的成膜物质，是使涂层牢固粘附于被涂物表面上形成连续膜的主要物质；而具有特定电磁参数吸收剂是吸波涂料的关键，它决定了第 33 卷第 6 期表面技术Vol.33NO.62004 年 12 月SURFACE TECHNOLOGY Dec.200413吸波涂料的吸波性能。粘结剂的选取应遵循以下原则3：1）对吸收剂纳入量大，比重轻；2）附着力强，柔韧性、耐冲击性好；3）耐温度变化、耐介质性能好；4）具有与吸收剂相符的介电常数。从现有的研究进展来看，综合性能较好、工艺稳定的粘结基料体系主要有氯磺化聚乙烯、环氧树脂和聚氨酯。氯磺化聚乙烯粘结剂具有优良的弹性、坚韧性、耐磨性和高度抗化学品性，与颜料并用时能吸收紫外线，耐久性好，但附着力较差，对吸收剂的纳入量较少。环氧树脂粘结剂具有优良的附着力、耐化学药品性，防腐蚀和耐水性也较好，但其低温不能固化，同时固化产物柔韧性差。随温度变化，在应力应变较大的部位容易产生脆性开裂、脱落现象。但可以通过添加液态橡胶等方式加以解决4，5。聚氨酯粘结剂具有附着力强、耐磨损、耐腐蚀，可常温固化，还可根据使用要求调节其软硬度，同时也可以和各种树脂混合使用，可满足各种特殊的使用要求。3吸收剂3.1铁氧体吸收剂铁氧体吸收剂因为价格低廉，吸波性能好，即使在低频、厚度薄的情况下仍有良好的吸波性能，在米波至厘米波范围内，可使反射能量衰减 17 20dB，从 50 年代至今仍被广泛应用。按微观结构的不同，铁氧体可分为六角晶系铁氧体、尖晶石型铁氧体和稀土石榴石型铁氧体三类。作为吸收剂应用最为广泛的是尖晶石型铁氧体，由于尖晶石型铁氧体的介电常数!和磁导率比较低，用纯铁氧体难以满足高性能的雷达波吸收材料的要求，但是把铁氧体粉末分散在非磁性体中而制成的复合铁氧体，则可以通过对铁氧体粉末的粒径、铁氧体粉末与非磁性体的混合比以及铁氧体组成来控制其电磁参数。目前已研制并广泛应用的有 Ni-zn、Li-zn、Ni-Mg-zn、Mn-zn、Li-cd、Ni-cd、cO-Ni-zn、Mg-cu-zn 等铁氧体。3.2羰基铁吸收剂羰基铁吸收剂是目前最为常用的雷达波吸收剂之一，它是一种典型的磁损耗型吸收剂，磁损耗角可达 40 左右，与高分子粘结剂复合成的吸波涂料具有吸收能力强、应用方便等优点。但是由于羰基铁吸收剂存在着比重大，在涂料中体积占空比一般都大于 40%，因此导致这种吸波涂料仍存在面密度大的缺点。近期欧洲 GAMMA 公司研制了一种新型吸波涂料，这种吸波涂料采用以羰基铁单丝为主的多晶铁纤维作为吸收剂，可在很宽的频带内实现高吸收率，由于这种吸收剂体积占空比为25%，因此重量可减轻 40%60%。目前，该吸波涂料已应用于法国国家战略防御部队的导弹和飞行器，同时正在验证用于法国下一代战略导弹弹头的可能性。3.3金属超细粉末或金属氧化物磁性超细粉末吸收剂作为吸收剂的金属超细粉末或金属氧化物磁性超细粉末的细化，使其组成粒子的原子数目大大减少，磁、电、光等物理性能发生质的变化，磁损耗较大。由这种吸收剂制成的吸波涂料可以通过调节粉末的粒径、含量、混合比例等来调节吸波涂料的电磁参数，以使其达到较为理想的吸波效果。3.4陶瓷类吸收剂陶瓷类吸收剂主要有碳化硅、硼硅酸铝等，它具有比铁氧体、复合金属粉末等吸收剂密度低、吸波性能较好、可有效地减弱红外辐射信号的特点。其中碳化硅是制作多波段吸波涂料的主要组分，有可能实现轻质、薄层、宽频带和多频段，很有应用前景。碳化硅的粒径、热处理时间等对其吸波性能影响非常大，碳化硅在不同处理温度和时间条件下，其电阻率变化范围为 100104!cm，通过控制工艺参数，可以对其显微结构和电磁参数进行控制，获得所希望的吸波效果。3.5纳米吸收剂纳米材料是指材料组份的特征尺寸在纳米量级（1 100nm）的材料，它独特的结构使其自身具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应，金属、金属氧化物和某些非金属材料的纳米级超微粉在细化过程中，处于表面的原子数越来越多，增大了纳米材料的活性。在电磁场的辐射下，原子、电子运动加剧，促使磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收效果。由于纳米材料在具有良好吸波特性的同时还具有频带宽、兼容性好、面密度低、涂层薄的特点，美、俄、法、德、日等国都把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和探索。目前，美国研制的被称作”超黑粉”纳米吸波材料6，所吸收的雷达波可达99%。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由胶粘剂及纳米级微粒填充材料组成。这种由多层薄膜叠合而成的结构具有很好的磁导率，50MHZ 至 50GHZ 内具有良好的吸波性能。总之纳米吸波涂料是一种非常有发展前途的吸波涂料。3.6放射性同位素吸收剂7放射性同位素（如 PO-210、cm-242 和 Sr-90 等）产生的等离子体是一种有效的电磁波吸收媒质，等离子区中的自由电子在入射电磁波的电场作用下将产生频率等于电磁波载波频率的强迫振荡，在振荡的过程中，运动的电子与中性的分子、原子以及离子发生碰撞，增加了这些粒子的动能，从而把电磁场的能量转变为媒质的热量。放射性同位素吸波涂层非常薄和轻，具有吸收频带宽、耐用性好和能承受高速空气动力等优点。另外，放射性同位素吸收剂还可以吸收红外辐射、声波等功能，是理想的多功能吸收剂。3.7导电高分子吸收剂这类吸收剂利用某些高聚物所具有共轭电子的线形或平面形构型与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。美国信号产品公司开发了一种可用来对付 5 200GHZ 雷达的吸波涂料，它以具有喷涂功能的高分子聚合物为基体，用具有极好的吸收雷达波特性的氰酸酯晶须和导电高聚物聚苯胺的复合物作吸收剂。其涂层具有易维护、吸收频带宽、涂层薄、质量好等优点。但由于用于这类导电高聚物的合成研究刚刚开始，是新开展的高分子材料研究领域，有待于进行深入的理论和实验研究。（下转第 20 页）!王连杰等吸波涂料概述14从最正值迅速负移，约 701 后电位发生反弹并一直保持着较正的值，这很可能是由于纳米硅溶胶使镀锌层发生钝化所致。在经历了 9601 后，当镀锌板腐蚀电位达到裸钢电位-0.642V（vs.SCE）时，AC-M 和 AC-M-Si 钝化样品分别为-1.024V、-1.040V。直到第 14441 AC-M 钝化样品出现红锈为止，AC-M-Si 钝化样品的腐蚀电位仍未达到裸钢电位，还保持在-1.000V 左右。2.3改性钝化膜防护机理分析2.3.1隔离作用AC-M-Si 钝化膜的耐蚀性之所以比 AC-M 的高，其原因之一是因为钝化液中的纳米胶态二氧化硅能与丙烯酸树脂组分的羟基发生交联反应，形成网状结构的大分子聚合物。另一方面，钝化膜中的胶态 SiO2粒子之间还可通过-OH 或-O-键和MoO42-阴离子配位体进行配位交联，相互间发生化学结合，形成溶胶式结构多核聚合体，使 AC-M-Si 膜层更加致密，大大降低了有机物钝化膜的通透性。这种钝化膜不仅有效地阻挡外界水离子和氧等腐蚀性物质对镀锌层的侵蚀，而且还能减少膜中 Mo离子的渗出，提高了钝化膜的防蚀效果及防护寿命。2.3.2缓蚀作用5改性钝化膜的高耐蚀性还突出表现在纳米 SiO2粒子对镀锌层腐蚀的抑制作用：1）在腐蚀初期，由于二氧化硅粒子表面硅烷醇基（Si-OH）有助于具有缓蚀效果的碱式氯化锌（ZnCI2 4Zn（OH）2）的生成，从而抑制了氯的还原反应，阻滞镀锌层继续腐蚀。2）如果胶态 SiO2粒子在腐蚀介质溶解生成SiO32-离子，则可与带正电荷的锌离子化合，形成不溶性 ZnSiO3产物膜阻滞了阳极极化过程，对镀锌层起到沉淀型缓蚀剂的效果。3结论1）采用纳米硅溶胶对 AC-M 无铬钝化膜改性，可以获得相对致密的连续网络结构的复合型钝化膜。其耐盐雾能力已接近或达到涂敷型铬酸盐钝化膜水平。2）采用纳米硅溶胶不仅能提高高分子聚合物的交联密度，对膜的屏蔽性能起到增强作用，而且，在腐蚀过程中，因其表面化学活性还会产生对镀锌层具有缓蚀作用的沉积膜。因此它是一种优良的抗蚀添加剂。参 考 文 献 1 周渝生.无铬钝化技术研究的进展 J.钢铁，2003，38（4）：68-712 吴海江，陈锦虹，卢锦堂.镀锌层无铬钝化耐蚀机理的研究进展J.材料保护，2004，37（3）：43-453 安成强，郝建军，牟世辉.镀锌钢板无铬钝化技术的发展.表面技术J，2003，32（2）：6-84 沈军，王珏，甘礼华，等.溶胶-凝胶法制备 SiO2气凝胶及其特性研究.无机材料学报 J，1995，10（1）：69-755 Taka1iro K.，Masaaki Y，Mec1anism of Corrosion ControI by siIica in Or-ganic Composite Coated SteeI S1eetJ.Testsu-to-Hagane，1995，81（1）：!76-81（上接第 14 页）3.8视黄基席夫碱盐类吸收剂视黄基席夫碱盐是一种含有碳-氮双键结构的有机高分子聚合物，具有很强的极性，雷达波被这种盐吸收时，能量可迅速转变为热能耗散掉。某种特定类型的盐可吸收特定波长的雷达波，通过组合不同的盐类，可以实现较宽频带的电磁波吸收。美国 Carnegie-MeIIon 大学用视黄基席夫碱盐制成的吸波涂层可使目标的 RCS 减缩 80%，而比重只有铁氧体的 10%。3.9手征性吸收剂手征性吸收剂料是一种新型的吸收剂，众多的研究结果表明，手征材料能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。与其它吸收剂相比手征性吸收剂具有两个优势：调整手征参数比调整介电常数和磁导率更容易；手征材料频率敏感性比介电常数和磁导率小，易于扩宽频带。1990 年，国外首次公开报道了手征材料的吸波效果，结果表明手征吸波材料具有吸波频率高和吸收占带宽的特点。国内在九五期间，青岛科技大学开展了手征吸波材料的研究工作，其涂层在 8mm 波段的吸波的吸波效果较好8。但由于手征性吸波涂料的研究还处于起步阶段，在实际应用中还有许多问题（如成本高等）有待解决。由于单一的吸收剂一般很难满足吸波涂料对宽频带吸收的要求，因此，在实际应用中常通过对涂层进行设计，采用多种吸收剂以满足宽频带的吸波要求。4吸波涂料的发展趋势由于目前研制的吸波涂料大多只能在某一频带范围内起作用，并且还存在面密度高、柔韧性差、附着力低等问题，限制了吸波涂料的推广应用。因此，研究高性能、宽频带吸波涂料以展宽有效频带、实现多频谱隐身效果，这是吸波涂料未来发展的主要方向。同时，研究各种新的吸收剂，探讨新的吸波机理，以满足吸波涂层所追求的“薄、轻、宽、强”的目标。此外，提高吸波涂层的维修性与耐腐蚀性，增加可维护性和使用寿命也是未来吸波涂层发展中需要解决的问题9。参 考 文 献 1 赵东林，周万城.结构吸波材料及其结构型式设计 J.兵器材料科学与工程，1997，20（6）：53-572 高焕方.毫米波吸波涂料研究 D.重庆：重庆大学，20033 徐国亮，罗洁，刘波，等.碳团簇型雷达隐身涂料环境稳定性研究J.原子与分子物理学报，2003，20（1），103-1064 高焕方，陈一农，刘朝辉，等.低内应力涂层设计在防雷达波隐身涂料中的应用 J.中国涂料，2003（4）：22-245 官建国，王维，龚荣洲.环氧树脂用柔性固化剂 I 的研究 J.中国胶粘剂，2000，（5）：10-136 张卫东，冯小云，孟秀兰.国外隐身材料研究进展 J.宇航材料工艺，2000，（3）：1-47 赵东林，周万城.涂敷型吸波材料及其涂层结构设计 J.兵器材料科学与工程，1998，（4）：58-628 崔作林.导电螺旋受征吸收剂的可控制备及毫米波吸波涂料 J.隐身技术，2000（2）：25-279 张卫东，张明雪.雷达吸波涂层研究的进展 J.隐身技术，1999，（1）：6-10 宫丽等纳米硅溶胶改性有机复合钝化膜耐蚀性研究20吸波涂料概述吸波涂料概述作者：王连杰，高焕方作者单位：王连杰(总装重庆军代局驻重庆地区军代室,重庆,400039)，高焕方(中国兵器工业第五九研究所,重庆,400039)刊名：表面技术英文刊名：SURFACE TECHNOLOGY年，卷(期)：2004,33(6)被引用次数：9次 参考文献(9条)参考文献(9条)1.张卫东;张明雪 雷达吸波涂层研究的进展 1999(01)2.崔作林 导电螺旋受征吸收剂的可控制备及毫米波吸波涂料 2000(02)3.赵东林;周万城 涂敷型吸波材料及其涂层结构设计 1998(04)4.张卫东;冯小云;孟秀兰 国外隐身材料研究进展期刊论文-宇航材料工艺 2000(03)5.官建国;王维;龚荣洲 环氧树脂用柔性固化剂I的研究期刊论文-中国胶粘剂 2000(05)6.高焕方;陈一农;刘朝辉 低内应力涂层设计在防雷达波隐身涂料中的应用期刊论文-中国涂料 2003(04)7.徐国亮;罗洁;刘波 碳团簇型雷达隐身涂料环境稳定性研究期刊论文-原子与分子物理学报 2003(01)8.高焕方 毫米波吸波涂料研究 20039.赵东林;周万城 结构吸波材料及其结构型式设计 1997(06)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.高焕方.陈一农.张捷.翁小龙.郑国禹.陈汉林 吸波涂料的研究现状期刊论文-表面技术2003,32(5)2.汪世平.WANG Shi-ping 隐身吸波涂料概述期刊论文-上海涂料2006,44(5)3.周光华.谭延江.ZHOU Guang-hua.TAN Yan-jiang 新型雷达吸波涂料涂装技术研究期刊论文-表面技术2011,40(1)4.周光华.谭延江.彭菲菲.陈友富.张乐.涂兴文.ZHOU Guang-hua.TAN Yan-jiang.PENG Fei-fei.CHEN You-fu.ZHANG Le.TU Xing-wen 浅谈吸波涂料工程化应用中的常见问题期刊论文-表面技术2009,38(4)5.陈亮.郑国禹.王艳艳.胡秉飞.CHEN Liang.ZHENG Guo-yu.WANG Yan-yan.HU Bing-fei 雷达吸波涂料的研究进展期刊论文-表面技术2007,36(2)6.周金向.黄慧萍.龚荣洲.ZHOU Jin-xiang.HUANG Hui-ping.GONG Rong-zhou 雷达吸波涂料用环氧树脂改性的研究期刊论文-热固性树脂2005,20(3)7.陶西才 吸波涂料在民用产品上的应用期刊论文-安全与电磁兼容2003(1)8.赫丽华.刘平桂.王晓红.HE Li-hua.LIU Ping-gui.WANG Xiao-hong 雷达吸波涂层的失效行为期刊论文-失效分析与预防2009,4(3)9.高焕方.全学军.谢昭明.郑国禹.罗天元.GAO Huan-fang.QUAN Xue-jun.XIE Zhao-ming.ZHENG Guo-yu.LUO Tian-yuan 吸波涂料用环氧粘接剂改性研究期刊论文-兵工学报2007,28(8)10.赵金榜 国外隐身涂料及其发展期刊论文-上海涂料2001,39(5)引证文献(10条)引证文献(10条)1.桑玮玮.陈华辉.陈海军.付维慎 绢云母增强无机硅酸锌涂料耐蚀抗磨性及耐水性期刊论文-科技导报 2011(27)2.乔玉林.臧艳.易文斌 铝合金表面涂覆隐身吸波涂层脱落原因分析期刊论文-装甲兵工程学院学报 2009(6)3.石南南.高培伟.李小燕 吸波材料在现代建筑中的应用研究期刊论文-山东建材 2007(4)4.刘海定.曹旭东.贺文海.李济林.刘苹.蔡军 吸波涂层界面结合机理():涂层力学性能影响因素分析期刊论文-功能材料 2007(7)5.赵丽梅.夏华.龚荣洲 双马来酰亚胺改性酚醛型环氧树脂的研究期刊论文-功能材料 2007(3)6.张文毓 新型涂料的研究进展期刊论文-现代涂料与涂装 2006(9)7.张文毓 舰船新型涂料的研究进展期刊论文-电镀与涂饰 2006(12)8.汪世平 隐身吸波涂料概述期刊论文-上海涂料 2006(5)9.张振英.王斌 军用隐身涂料技术的研究进展期刊论文-现代涂料与涂装 2006(2)10.孙世安.费逸伟.王协旗.孙元宝 涂料抗老化技术研究期刊论文-表面技术 2005(5)本文链接：http:/