航空類(lèi)新型高溫雷達(dá)吸波材料研究進(jìn)展

鄧凱文，劉智

(1.成都發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司 總師辦，成都　610503)(2.中國(guó)人民解放軍駐四二〇廠軍事代表室， 成都　610500)

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航空類(lèi)新型高溫雷達(dá)吸波材料研究進(jìn)展

鄧凱文1，劉智2

(1.成都發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司 總師辦，成都610503)(2.中國(guó)人民解放軍駐四二〇廠軍事代表室， 成都610500)

受使用條件及環(huán)境因素的制約，航空用雷達(dá)吸波材料具有更為嚴(yán)格的使用溫度要求。傳統(tǒng)高溫雷達(dá)吸波材料由于存在吸收頻段窄、低頻吸收性能差、抗氧化性能不佳等缺點(diǎn)，使用受到限制。本文綜述了近年來(lái)研究較多的新型高溫雷達(dá)吸波材料的研究現(xiàn)狀，包括ZnO及其復(fù)合材料、Ti3SiC2及其復(fù)合材料等，總結(jié)了現(xiàn)階段高溫雷達(dá)吸波材料研究中面臨的問(wèn)題，并對(duì)高溫雷達(dá)吸波材料的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

高溫雷達(dá)吸波材料；ZnO及其復(fù)合材料；Ti3SiC2及其復(fù)合材料

0　引　言

在現(xiàn)代電子化戰(zhàn)爭(zhēng)中，各類(lèi)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)航空飛行器和武器的生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在各種能夠?qū)︼w行器構(gòu)成威脅的探測(cè)設(shè)備和武器中，雷達(dá)的威脅占60%以上。雷達(dá)隱身技術(shù)是最早受到關(guān)注和研究且應(yīng)用最為成熟的一類(lèi)隱身技術(shù)。隱身技術(shù)又稱(chēng)低可探測(cè)技術(shù)，是指通過(guò)結(jié)構(gòu)或材料的設(shè)計(jì)對(duì)目標(biāo)的特征信號(hào)進(jìn)行有效控制或抑制的技術(shù)，其根本目的是降低目標(biāo)的可探測(cè)性，提高其生存能力。雷達(dá)隱身技術(shù)主要包括外形設(shè)計(jì)隱身和雷達(dá)吸波材料隱身兩類(lèi)。理論上講，材料技術(shù)對(duì)目標(biāo)的隱身效果是沒(méi)有上限的[1-4]。

受使用條件和環(huán)境的制約，航空產(chǎn)品對(duì)其制造材料提出了嚴(yán)格要求。航空材料包括金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四類(lèi)，按照功能又可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩類(lèi)。對(duì)于結(jié)構(gòu)材料，其最關(guān)鍵的要求是輕質(zhì)高強(qiáng)和高溫耐腐性能，上述性能也是航空類(lèi)隱身材料在設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中所必須考慮的，是區(qū)別于其他隱身材料的關(guān)鍵特征。受使用條件的限制，航空材料在追求輕質(zhì)和減重方面可以說(shuō)是“克克計(jì)較”，飛行器每減重1 kg所獲得的經(jīng)濟(jì)效益與飛行速度的關(guān)系如圖1所示[5]。各類(lèi)輕質(zhì)陶瓷及碳類(lèi)吸收劑成為雷達(dá)隱身材料的首選。

圖1　飛行器每減重1 kg所獲得的經(jīng)濟(jì)效益與 飛行速度的關(guān)系Fig.1　Relations between economic benefits and flight speed with quality of aircraft decreasing 1 kg

高溫材料是制約航空產(chǎn)品性能的另一類(lèi)關(guān)鍵材料。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)蒙皮的最高溫度可以達(dá)到1 000 ℃以上，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度則高達(dá)近2 000 ℃[5]，受居里溫度的限制，傳統(tǒng)磁損耗吸波材料無(wú)法應(yīng)用于此高溫條件，故高溫吸波材料一般為電損耗吸波材料。單一的電損耗吸波材料存在吸收頻帶較窄、低頻吸波效果較差等缺點(diǎn)。如何提高吸波材料的高溫吸波性能是高溫隱身材料研究的重點(diǎn)，也是制約航空類(lèi)雷達(dá)吸波材料發(fā)展的重要瓶頸。

本文簡(jiǎn)要介紹了傳統(tǒng)高溫吸波材料的研究情況，重點(diǎn)綜述了近年來(lái)各類(lèi)新型高溫吸波劑的研究進(jìn)展，總結(jié)了現(xiàn)階段高溫吸波材料研究中面臨的問(wèn)題，并對(duì)高溫吸波材料的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1　傳統(tǒng)高溫吸波材料

絕大部分磁性吸波材料的居里溫度較低，在高溫條件下容易失去磁性，進(jìn)而失去吸波能力，因此磁性吸波材料一般應(yīng)用于常溫或較低溫度。高溫吸波材料多為陶瓷材料，主要依靠電損耗對(duì)電磁波進(jìn)行吸收。高溫吸波材料僅僅具有電損耗，其吸收效率通常低于磁性吸波材料，需要增加厚度以提高其吸波性能。而增加厚度必然導(dǎo)致增加重量，在航空領(lǐng)域的應(yīng)用中，又對(duì)重量有著嚴(yán)格要求，因此在選擇航空類(lèi)高溫吸波材料時(shí)，必須考慮其厚度和密度。

傳統(tǒng)的高溫吸波材料是指碳材料和SiC材料。碳材料包括碳黑、石墨、碳纖維、碳納米管、石墨烯等。碳類(lèi)吸收劑是應(yīng)用最早、最廣泛的一類(lèi)吸波材料，早在1936年，荷蘭就有關(guān)于碳黑作為吸收劑的報(bào)道[6]。第二次世界大戰(zhàn)期間，石墨便被填充在飛機(jī)蒙皮的夾層中用來(lái)吸收雷達(dá)波。同樣是在二戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)人為了保護(hù)己方潛艇不被聯(lián)軍的機(jī)載搜索雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，在潛艇外殼上包覆了一層泡沫塑料、內(nèi)襯七層含碳粉的紙用來(lái)吸收雷達(dá)波，此舉對(duì)保護(hù)潛艇不被發(fā)現(xiàn)起到了一定作用。20世紀(jì)60年代，美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)，在環(huán)氧樹(shù)脂中加入碳黑和銀粉，可以吸收90%的入射電磁波[7]。近年來(lái)，碳納米管和石墨烯吸波材料成為研究的熱點(diǎn)，相關(guān)研究報(bào)道[6,8-13]很多，本文不再贅述。

SiC具有硬度高、高溫強(qiáng)度大、抗蠕變性能好、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化性能好、熱膨脹系數(shù)小、熱傳導(dǎo)率高及半導(dǎo)體性等優(yōu)異性能。SiC微粉與許多金屬和非金屬氧化物具有較好的化學(xué)相容性，用于制備金屬基、陶瓷基和聚合物基復(fù)合材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，被認(rèn)為是最好的高溫吸波材料。SiC吸波材料主要包括SiC粉末和SiC纖維復(fù)合材料。常規(guī)方法制備的SiC的電導(dǎo)率較低，對(duì)電磁波的損耗能力不強(qiáng)，不能直接作為吸波材料使用。目前，對(duì)SiC吸波材料的研究主要集中在通過(guò)摻雜改性或改變SiC纖維的表面狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)其電導(dǎo)率以獲得較好的吸波性能[14-20]。

2　新型高溫吸波材料

由于傳統(tǒng)高溫吸波材料存在吸收頻段窄、低頻吸收性能差、抗氧化性能不佳等缺點(diǎn)，近年來(lái)，越來(lái)越多的新型吸波劑引起了廣泛關(guān)注。

2.1ZnO及其復(fù)合材料

ZnO是一種典型的直接寬禁帶Ⅱ～Ⅳ族半導(dǎo)體化合物，室溫下其禁帶寬度為3.37 eV，具有良好的化學(xué)熱穩(wěn)定性。隨著材料制備技術(shù)的發(fā)展，各種特殊形貌和用途的ZnO相繼被發(fā)現(xiàn)，例如ZnO納米陣列、花瓣?duì)頩nO、梳狀ZnO、ZnO納米架、四腳狀ZnO晶須等。上述ZnO具備不同的性能特征，可以應(yīng)用于不同的技術(shù)領(lǐng)域。近年來(lái)，由于質(zhì)量輕、厚度薄、對(duì)電磁波吸收性能優(yōu)異等特點(diǎn)，ZnO成為吸波材料的研究熱點(diǎn)。

張玲等[21]采用均勻沉淀法制備納米ZnO粉末，其介電性能隨熱處理溫度不同而變化，600 ℃時(shí)，粉體與石蠟組成的復(fù)相粉體不僅具有較好的頻響特性，而且介電常數(shù)實(shí)部、虛部和損耗值均相對(duì)較大，其原因主要是600 ℃熱處理后的ZnO顆粒粒徑最小，表面缺陷最多，同時(shí)，粉體內(nèi)部存在大量的帶電缺陷，致使其介電常數(shù)的虛部和損耗最大。Zhou Liang等[22-23]采用微弧等離子噴涂技術(shù)制備了ZnO含量不同的ZnO/Al2O3、ZnO/莫來(lái)石吸波涂層，隨著ZnO含量的提高，涂層的介電常數(shù)明顯增加；經(jīng)過(guò)400 ℃熱處理后，ZnO/Al2O3涂層的介電常數(shù)較常溫增加明顯，而經(jīng)過(guò)700 ℃熱處理后，涂層的復(fù)介電常數(shù)顯著降低；由于熱處理過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)，ZnO/莫來(lái)石吸波涂層中產(chǎn)生較多低介電相ZnAl2O4、Zn2SiO4，使得經(jīng)過(guò)900 ℃熱處理5 h后的介電常數(shù)顯著降低，介電常數(shù)虛部幾乎降為0。

由于存在本征缺陷，ZnO在室溫下具有一定的導(dǎo)電性，但是電導(dǎo)率較低。在ZnO中引入金屬氧化物雜質(zhì)，例如Al3+等，這些高價(jià)金屬離子能夠有效增加載流子濃度，從而大幅提高ZnO的電導(dǎo)率和極化能力。婁霞等[29]采用均勻沉淀法合成了不同摻雜量的摻Al氧化鋅粉末(ZAO)，在ZAO粉體中，Al3+取代了Zn2+的位置，形成Al/ZnO固溶體，保持了ZnO的結(jié)構(gòu)，隨著Al元素?fù)诫s量的增加，粉體的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部和損耗逐步增大；但是當(dāng)Al元素?fù)饺氲揭欢ǔ潭融呌陲柡蜁r(shí)，Al就會(huì)和ZnO結(jié)合生成鋁酸鋅，導(dǎo)致ZAO粉體中缺陷濃度降低，自由電子數(shù)量降低，使粉體復(fù)介電常數(shù)實(shí)部和損耗呈下降趨勢(shì)。Liu Yi等[30]采用無(wú)壓燒結(jié)技術(shù)制備了ZnO/ZrSiO4陶瓷塊體，通過(guò)添加Al2O3調(diào)節(jié)材料的介電及吸波性能，研究表明當(dāng)Al2O3的添加量為3 wt%時(shí)，材料的復(fù)介電常數(shù)達(dá)到最大，此時(shí)材料在2.4 mm厚度時(shí)吸波性能達(dá)到最佳；繼續(xù)增加Al2O3的含量，更多Al2O3與ZnO反應(yīng)生成低介電的ZnAl2O4相，導(dǎo)致材料的吸波性能變差。Kong Luo等[31]以多孔ZrSiO4陶瓷為透波基體，采用溶膠-凝膠法制備的Al摻雜ZnO為吸收劑的復(fù)相陶瓷，Al摻雜量對(duì)復(fù)相陶瓷吸波性能的影響表現(xiàn)出與文獻(xiàn)[29]相似的規(guī)律，當(dāng)復(fù)相陶瓷厚度為4 mm時(shí)，Al摻雜含量為2.5 at%的樣品表現(xiàn)出最優(yōu)的吸波性能。閆軍鋒[32]采用水熱法合成Sb摻雜的菊花狀ZnO納米線簇，并將其按25%的質(zhì)量比與石蠟混合，澆鑄成180 mm×180 mm×2 mm的吸波體，測(cè)試其吸波性能。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Sb摻雜后的菊花狀ZnO納米線簇的反射率峰值較未摻雜前更低，其中Sb摻雜量為3%時(shí)反射率峰值最低。Sb的摻雜，一方面引入了弛豫過(guò)程，增加了介質(zhì)的電導(dǎo)率，另一方面進(jìn)入晶格間隙的Sb3+誘導(dǎo)了軌道耦合磁矩，因此，3%的Sb摻雜能夠引起較強(qiáng)的損耗吸收，拓寬吸收頻帶。但是，當(dāng)Sb摻雜量增加到有新的物相生成時(shí)，Sb3+破壞了ZnO晶格的完整性，導(dǎo)致晶格散射能力增強(qiáng)，其電導(dǎo)率必然減小，最終導(dǎo)致?lián)p耗減小，反射率升高。

ZnO顆粒作為單一吸收劑制備吸波材料時(shí)，由于其電導(dǎo)率較低，導(dǎo)致電損耗較小，通常可以將ZnO與電導(dǎo)率較高的吸收劑混合使用，以提高材料整體的吸波性能。Liu Ye等[33]采用無(wú)壓燒結(jié)方法制備MWCNTs和ZnO增強(qiáng)SiO2材料，與MWCNT/SiO2材料相比，MWCNT-ZnO/SiO2材料的復(fù)介電常數(shù)明顯升高，當(dāng)其厚度為2.25 mm時(shí)，最小反射率為-21.6 dB，小于-10 dB的吸收帶寬為3.2 GHz，該材料的吸波性能明顯優(yōu)于SiO2、MWCNT/SiO2材料。Li Huifeng等[34]、Qin Hui等[35]將四腳狀ZnO晶須分別與碳納米管、碳黑復(fù)合成吸收劑，以環(huán)氧樹(shù)脂為基體制備復(fù)合吸波材料，并研究其介電吸波性能，結(jié)果表明，添加碳納米管和碳黑后，由于吸波材料導(dǎo)電性能、界面極化增強(qiáng)，顯著提高了四腳狀ZnO晶須的介電常數(shù)，其吸波性能也大幅提高。Song Weili等[36]在MWCNT表面以[0 0 0 2]擇優(yōu)取向生長(zhǎng)了ZnO單晶納米顆粒，顆粒尺寸約為30～50 nm，其制備過(guò)程如圖2所示。MWCNT與ZnO的界面結(jié)構(gòu)可以看作微型電容器，MWCNT、ZnO構(gòu)成電阻-電容結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于對(duì)電磁波進(jìn)行損耗吸收。將MWCNT/ZnO樣品按質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%與石蠟混合，測(cè)試其介電常數(shù)并計(jì)算其不同厚度下的反射率，結(jié)果表明，該復(fù)合材料在3～5 mm厚度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性能，其反射率最低可達(dá)-35 dB。

圖2　MWCNT表面生長(zhǎng)ZnO納米顆粒示意圖Fig.2　Schematic illustration of ZnO nanoparticle immobilizing on MWCNT

2.2Ti3SiC2及其復(fù)合材料

Ti3SiC2是一種典型的片層結(jié)構(gòu)三元化合物陶瓷，自1967年成功制備以來(lái)，引起了廣泛關(guān)注[37]。Ti3SiC2晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系，空間群為P63/mmc，晶格參數(shù)a=0.306 8 nm，c=1.764 5 nm，其理論密度、彈性模量和維氏硬度分別為4.53 g/cm3、320 GPa和4 GPa。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，Ti3SiC2材料同時(shí)具備金屬與陶瓷材料的部分特性。一方面，與金屬類(lèi)似，Ti3SiC2在常溫下具有良好的機(jī)械加工性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、較低的維氏硬度和較高的彈性模量、剪切模量，在高溫下具有塑性；另一方面，Ti3SiC2兼具陶瓷材料的性能，有較高的屈服強(qiáng)度、良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗氧化性。Ti3SiC2的室溫電導(dǎo)率為4.5×106(Ω·m)-1，約為純Ti的2倍、TiC的4倍，較高的電導(dǎo)率能夠增加材料對(duì)電磁波的電導(dǎo)損耗，這對(duì)電磁波的吸收是非常有利的；良好的高溫抗氧化性能也為其作為高溫吸波材料打下了基礎(chǔ)[38]。目前，國(guó)內(nèi)將Ti3SiC2作為吸收劑進(jìn)行研究的主要有清華大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)。

Shi Suilin等[38]對(duì)熱壓燒結(jié)Ti3SiC2塊體材料的電導(dǎo)率及屏蔽性能進(jìn)行了測(cè)試，并比較了其電性能與Ti材料的差異，結(jié)果表明，由于Ti3SiC2具有較高的電導(dǎo)率，使其具有較大的介電常數(shù)和優(yōu)異的屏蔽性能；但是，當(dāng)Ti3SiC2作為吸波材料時(shí)，較高的電導(dǎo)率使入射電磁波在材料表面以反射為主，導(dǎo)致其吸波性能大幅降低。一般地，可以將電導(dǎo)率高的吸收劑加入絕緣基體中制備成復(fù)合材料，通過(guò)控制吸收劑的含量調(diào)節(jié)其電導(dǎo)率以達(dá)到吸波材料的要求。Shi Suilin等[39-42]將Ti3SiC2與聚苯胺、YSZ、羥基磷灰石、Al2O3混合制備復(fù)合材料，研究其電導(dǎo)率隨Ti3SiC2含量的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著Ti3SiC2含量的升高，復(fù)合材料的電導(dǎo)率升高，即可以通過(guò)調(diào)節(jié)復(fù)合材料中Ti3SiC2的含量來(lái)調(diào)節(jié)其電導(dǎo)率，使之處于半導(dǎo)體范圍內(nèi)，此時(shí)復(fù)合材料可能具有較好的吸波性能；但是，當(dāng)Ti3SiC2的含量上升到一定程度后，復(fù)合材料的電導(dǎo)率發(fā)生突變，表現(xiàn)出明顯的“逾滲效應(yīng)”，可以預(yù)測(cè)此時(shí)其吸波性能也會(huì)發(fā)生較大變化。因此，確定合適的Ti3SiC2含量是研究Ti3SiC2復(fù)合吸波材料的重點(diǎn)。

Su Jinbu等[43-44]采用等離子噴涂技術(shù)制備了不同噴涂參數(shù)、不同Ti3SiC2含量的Ti3SiC2/堇青石復(fù)合吸波涂層，并研究其介電及吸波性能。反射率計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)Ti3SiC2含量為30 wt%、厚度為2.0 mm時(shí)，吸波涂層的吸波性能達(dá)到最佳，反射率峰值為-39.91 dB，小于-10 dB的吸收帶寬可達(dá)1.7 GHz。此外，Su Jinbu等[45]測(cè)試了Ti3SiC2/堇青石復(fù)合吸波涂層在-700 ℃條件下的低溫介電常數(shù)并模擬計(jì)算了其反射率。研究表明，Ti3SiC2/堇青石復(fù)合吸波涂層的復(fù)介電常數(shù)隨著溫度的升高而增加，其吸波性能在高溫條件下依然較好，Ti3SiC2具備成為新一代高溫吸收劑的潛力。Mu Yang等[46-47]將Ti3SiC2作為吸收劑添加到SiCf/SiC復(fù)合材料中研究其室溫及高溫條件下的屏蔽性能。研究表明，隨著Ti3SiC2含量的增加，復(fù)合材料的復(fù)介電常數(shù)增加；當(dāng)固定Ti3SiC2的含量為9%時(shí)，復(fù)合材料的復(fù)介電常數(shù)、電導(dǎo)率均隨著溫度的升高而增加，屏蔽效能在600 ℃時(shí)達(dá)到最大值，約為44～46 dB。Liu Yi等[48-50]采用熱壓燒結(jié)技術(shù)將Ti3SiC2與Al2O3、堇青石制備成復(fù)合陶瓷，研究其介電吸波性能，并得到與上述研究相似的結(jié)論。此外，Liu Yi等[51]將不同溫度高溫?zé)崽幚砗骉i3SiC2粉末與石蠟混合，測(cè)試其復(fù)介電常數(shù)，并根據(jù)測(cè)試所得的復(fù)介電常數(shù)模擬了不同厚度樣品的反射率。結(jié)果表明，600 ℃熱處理1 h后，由于Ti3SiC2的氧化，其復(fù)介電常數(shù)明顯下降，吸波性能變差；但是，當(dāng)Ti3SiC2與堇青石經(jīng)過(guò)熱壓燒結(jié)成致密的陶瓷后，再經(jīng)1 000 ℃熱處理60 h，其復(fù)介電常數(shù)及反射率較常溫變化不大，其原因主要是氧化生成的TiO2包覆在陶瓷材料表面，有效阻止了氧的擴(kuò)散[52]，因此，Ti3SiC2作為高溫吸收劑使用時(shí)，應(yīng)考慮其高溫條件下的氧化問(wèn)題。Li Zhimin等[53]研究發(fā)現(xiàn)，20 at%Al摻雜后的Ti3SiC2的復(fù)介電常數(shù)明顯升高，為研究Ti3SiC2材料的吸波性能提出了一個(gè)新思路。

2.3其他吸波材料

某些陶瓷材料由于電導(dǎo)率較高，對(duì)電磁波產(chǎn)生較強(qiáng)的電導(dǎo)損耗，容易具備優(yōu)異的吸波性能。J.J.Siddiqui等[54]采用溶膠-凝膠法制備了納米尺寸的La0.8Sr0.2Mn0.8Fe0.2O3顆粒，其介電常數(shù)測(cè)試及反射率計(jì)算結(jié)果表明，其具有優(yōu)異的吸波性能。Yang Zhaoning等[55]采用等離子噴涂技術(shù)制備了LaSrMnO3/Al2O3吸波涂層，發(fā)現(xiàn)LaSrMnO3含量的增加可以提高涂層的介電常數(shù)，當(dāng)LaSrMnO3的含量為80 wt%時(shí)，涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性能。Duan Yuping等[56]通過(guò)控制反應(yīng)條件和反應(yīng)時(shí)間，采用水熱法制備了不同結(jié)構(gòu)的β-MnO2顆粒，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，反射率計(jì)算結(jié)果表明其具有良好的吸波性能。

(a) 120 ℃

(b) 140 ℃

(c) 160 ℃

(d) 200 ℃ 圖3　不同條件下合成的β-MnO2顆粒形貌Fig.3　Morphologies of β-MnO2 synthesized at different conditions

Guan Hongtao等[57]采用水熱法制備了α-MnO2納米線和β-MnO2納米棒，并將其按25%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與石蠟混合，測(cè)試其在2～12 GHz頻率范圍內(nèi)的復(fù)介電常數(shù)。研究表明，反應(yīng)時(shí)間對(duì)復(fù)介電常數(shù)影響較大，復(fù)介電常數(shù)在反應(yīng)時(shí)間為24 h時(shí)達(dá)到最大，實(shí)部在10～14附近，虛部在2～5附近，其反射率在厚度為4 mm時(shí)達(dá)到最佳。Chen Tingting等[58]采用溶劑熱法合成CoZr4(PO4)6微球，并測(cè)試了不同溫度燒結(jié)后CoZr4(PO4)6粉末的反射率，表明當(dāng)燒結(jié)溫度為900 ℃時(shí)其反射率最佳，在8.5 GHz處達(dá)到-31.8 dB。CoZr4(PO4)6微球合成過(guò)程示意圖如圖4所示。

圖4　CoZr4(PO4)6微球合成過(guò)程示意圖Fig.4　Schematic representation of formation mechanism of the CoZr4(PO4)6 microspheres

通常，金屬材料由于電導(dǎo)率太高導(dǎo)致其復(fù)介電常數(shù)虛部過(guò)高，可以將金屬添加到絕緣陶瓷基體中降低復(fù)合材料的電導(dǎo)率以達(dá)到降低復(fù)介電常數(shù)虛部的目的，這樣做符合阻抗匹配條件，復(fù)合材料更易具備良好的吸波性能。Zhao Dong等[59]采用反應(yīng)等離子噴涂技術(shù)噴涂Al/Fe2O3粉末制備了Fe/FeAl2O4涂層，研究表明隨著噴涂喂料中Al含量的增加，涂層的復(fù)介電常數(shù)逐漸增加，由于阻抗失配，模擬反射率結(jié)果表明吸波涂層的吸波性能不佳。Zhou Liang等[60]采用微弧等離子噴涂技術(shù)、內(nèi)送粉方式制備了不同Nb含量的Al2O3/Nb復(fù)合涂層，由于空間電荷極化和電導(dǎo)損耗，復(fù)合吸波涂層復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部都隨著Nb含量的增加而增加；反射率計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)Nb含量為10%、涂層厚度為1.5 mm時(shí)，復(fù)合吸波涂層在10.0～11.8 GHz頻率范圍內(nèi)反射率損耗小于-10 dB。李鵬等[61]采用熱壓燒結(jié)方法，以氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Y-PSZ)粉體及不同粒徑的金屬Ni為原料，制備了Ni/ZrO2復(fù)合材料，由于在燒結(jié)過(guò)程中Ni粉形貌發(fā)生變化，較大粒徑Ni粉的摻入使復(fù)合材料具有較高的介電常數(shù)和電損耗。

3　結(jié)束語(yǔ)

區(qū)別于傳統(tǒng)的吸波材料，航空類(lèi)雷達(dá)吸波材料在降低材料重量和提高高溫性能等方面具有更嚴(yán)苛的要求。近年來(lái)，如何提高傳統(tǒng)吸波材料的高溫使用性能和尋求新型高溫吸波材料成為隱身材料研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，世界各國(guó)均進(jìn)行了大量研究。盡管關(guān)于高溫雷達(dá)吸波材料的研究很多，但是在實(shí)際應(yīng)用中，高溫吸波材料還面臨氧化、化學(xué)反應(yīng)及擴(kuò)散等諸多問(wèn)題，可能導(dǎo)致吸波材料的吸波性能顯著下降甚至消失，上述問(wèn)題是高溫吸波材料研究中必須面對(duì)的問(wèn)題?？傊?，在未來(lái)高溫雷達(dá)吸波材料的研究中，一方面要考慮材料本身的吸波性能，另一方面還要對(duì)材料應(yīng)用過(guò)程中面臨的諸多問(wèn)題進(jìn)行研究。

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(編輯：馬文靜)

Research Progress of High-temperature Radar Absorbing Materials in Aeronautical Field

Deng Kaiwen1, Liu Zhi2

(1.Chief Engineer Office, Chengdu Engine(Group) Co., Ltd., Chengdu 610503, China) (2.The Military Representative Office of PLA Residing in No.420 Factory, Chengdu 610500, China)

Restricted by the applied conditions and environments, aeronautical radar absorbing materials(RAMs) require more stringent temperature requirements. Due to the narrow absorbing band, poor radar absorption at lower frequency and poor oxidation resistance property, the applications of traditional high temperature RAMs are limited. In this paper, the research of some new high-temperature RAMs, such as ZnO and its composites, Ti3SiC2and its composites, are reviewed in detail. Problems existed in high-temperature RAMs are summarized and the future developments of high-temperature RAMs are prospected.

high-temperature radar absorbing materials；ZnO and its composites；Ti3SiC2and its composites

2016-06-06；

2016-07-08

鄧凱文,15982299198@139.com

1674-8190(2016)03-265-08

V262

A

10.16615/j.cnki.1674-8190.2016.03.001

鄧凱文(1983-)，女，工程師。主要研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料與制造。

劉智(1980-)，男，碩士，工程師。主要研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)。