吸波复合材料材料学.ppt

报告人：麻亚挺,专业：材料学,学号：20720131150068,吸 波 复 合 材 料,目录 CONTENTS,吸波复合材料的发展趋势,吸波复合材料分类,吸波机理,背景及应用,背景及应用,1、军用吸波材料 2、民用吸波材料,研究思路,地空雷达示意图,军用隐身： 使敌方的各种探测系统( 如雷达、红外等) 发现不了我方的武器， 无法实施拦截和攻击。,隐身技术是 高技术综合体,外形设计,隐身材料,军用隐身技术,研究思路,战机隐身技术,雷 达 可 探 测 面 积,隐身战机的先驱：F-117A（夜鹰）,隐身特性,复杂的多面体外形，使反射雷达波改变方向， 产生散射，敌方雷达很难收到反射信号,机身、机翼和垂尾大量采用了玻璃纤维、碳纤维等雷达隐身材料,研究思路,隐身战斗机：美国VS中国,F22,F35,J20,J10,研究思路,民用领域的吸波材料,防辐射键盘,防辐射天线,铁氧体电磁吸收环 （用于通信，导航，电磁兼容 防止电子器件之间的磁干扰）,吸波机理,1、阻抗匹配特性 2、衰减特性 3、吸波材料的复合及性能,吸收 越多,透射 越少,电磁波通过吸波材料的特点,电磁波通过吸波材料示意图,反射 越少,阻抗匹配特性,衰减特性,材料表面的阻抗与自由空间的特征阻抗尽可能的接近 使得入射的电磁波尽可能多地进入到材料内部, 在空气和材料界面的反射系数接近零,包括电阻损耗、介电损耗和磁损耗等 将电磁能转换成热能或其它形式的能量而耗散掉 使从材料内部透射的电磁波尽可能的少,吸波材料满足的两个条件,研究思路,电磁学基础知识,电磁波的电磁特性可描述为： 介电常数()和磁导率()的函数,因此吸波材料的吸收电磁波特性 同样由介电常数和磁导率所决定,介电常数 和 磁导率 可写成复数形式如右,阻抗匹配特性,R：反射系数 Zin：界面处波阻抗 Z0：空气的阻抗,当Zin=Z0 时，反射系数R=0 即该材料与自由空间波阻抗达到了匹配,入射的电磁波尽可能多地进到材料内部, 在空气和材料界面的反射系数接近零,尽可能的通过工艺调配使材料的介电常数 和 磁导率来达到阻抗匹配,电磁波的介电损耗和磁性损耗特性常用损耗正切角来表示,电损耗机制： 1、电阻损耗 2、电介质中杂质引起的漏 导电流损耗 3、电介质中的电偶极子极 化引起的电流损耗,磁性损耗机制： 1、磁滞损耗和磁后效损耗 2、涡流损耗 3、畴壁共振和自然共振损 耗等,虚部越大，损耗越大,损耗特性,单一组元吸收剂： 难以同时满足阻抗 匹配和损耗特性,吸收剂（金属粉末） + 绝缘介质(聚合物基体) 使复合材料整体不呈现金属特性，以减小金属对电磁波的反射，提高阻抗匹配,金属/介电核壳结构微纳米胶囊 同时有磁性损耗和介电损耗、涡流效应 具有高的损耗和较好的阻抗匹配特性,为什么要复合,复合材料吸收剂： 才能在满足透射时 增加吸收,基体,骨架作用，提供材料的力学性能 强的粘附力、耐磨性、耐冲刷性 阻抗接近自由空间的阻抗,添加剂,改进加工工艺 提高产品质量 赋予材料特殊功能,吸收剂,良好的频率特性 较高的电磁损耗性 基体中容易分散 价格便宜,复合吸波材料的基本构成,研究思路,吸波材料的复合及性能,蜂窝平板夹层吸波结构试验件示意图,吸波材料反射损耗图,宽的吸收频率 + 高的反射损耗,高透射 + 强吸收,吸波材料的分类,1、按成型工艺分类 2、按损耗机理分类,按成型工艺分类,成型工艺,具有电磁波吸 收功能的涂料 或者贴片材料,将吸收剂分散在层状材料中 或者采用复合材料做面板,铁氧体 吸波涂料,铁氧体（吸收剂） + 机高分子材料（黏结剂） + 附加物,具有磁吸收和电吸收 体积小、吸波效果好、成本低的特点 密度大、高温特性差,超微磁 性金属粉,超细磁性金属粉末 + 高分子黏结剂 通混合比例调节电磁参数，达到理想的吸波效果,微波磁导率较高、温度稳定性好 抗氧化、耐酸碱能力差,涂敷型吸波材料,纳米吸波涂层,导电高聚物涂层,磁纤维吸波涂层,手性吸波涂层,尺寸在0.1-100nm：小于雷达发射的电磁波波长，对雷达波的透射率强 比表面积大：对电磁波和红外光波的吸收率大,纤维：可通过多种吸波机制宽频带内实现高吸收， 重量：可减轻40-60%,共轭电子：线形或平面形构型 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,在基体树脂中：掺和一种或多种具有不同特性参数的手性媒质构成。 手性材料的双各向同性的特性：其电场与磁场相互耦合设计吸波材料,吸波 涂层,涂敷型吸波材料,混杂纱,陶瓷型,C-C型,增强纤维之间按一定比例的混杂 优良的吸透波性能+重量轻、强度大、韧性好等特点 作为制造隐身飞机机身、导弹壳体等部件 能大大减少隐身飞行器雷达散射截面。,如SiC纤维、Al2O3纤维、Si3N4等陶瓷型吸波材料 能满足在特殊情况下耐高温、高速热气流冲击的要求,极稳定的化学键：抗高温烧蚀性能好、强度高、韧性大，还具有优良的吸波性能。 缺点：抗氧化性差，,结构型型吸波材料,根据材料损耗的机理分类,电阻损耗型,介电损耗型,磁损耗型,电场的相互作用： 电导率越大，越有利于电磁能转化为热能 炭系材料石墨 导电金属铝、铜 导电高分子聚苯乙烯、聚乙炔、聚吡咯、聚对亚苯等,介质的极化弛豫损耗：高介电常数和介电损耗角正切 陶瓷类碳化硅、氮化硅、碳化硅-硅纤维、钛酸钡。 二氧化锰类不同形貌、掺杂、与其他吸收剂复合,介质的磁滞、涡流：磁后效、自然共振、畴壁共振，复磁导率、磁损耗角正切 铁氧体尖晶石型、石榴石型和磁铅石型 磁性金属铁、钴、镍及其合金所组成的细微粉或纤维状材料,材料的损耗机理分类,吸波材料的发展趋势,吸波材料的发展趋势