美国F-22隐身战斗机
F-22沿用了F-35使用的隐 身涂层材料，但改善了材 料的耐久性能，节约了维 护时间和成本。
吸波涂层
隐形战机 歼10b Advantage
Convenience
Flexible
Technology Simple
Wave absorption performance is easy to control
Characters 密度低(质轻) 惰性气氛耐高温 电性能可调 来源广泛 电导率较高 高温易氧化
Characters
Characters
高温稳定性优越 介电性能可调 纯SiC介电损耗较低
高温稳定性优越 介电性能可调 纯ZnO介电损耗较低
碳吸收剂
Disadvantage:
One
电导率较高
自由空间阻抗失配
结构吸波材料
• 结构吸波材料具有承载和隐身的双重功能； • 具备复合材料质轻、高强的优点； • 一般使用于仅靠吸波涂层难以得到隐身效果的部位。 • 优点：可以根据需要设计成所需结构，隐身效果好； 受环境影响小，适应环境能力强； 集吸波、承载及防热于一体。
• 缺点：应用于高温部件仍存在内应力大、 抗热冲击性能差、
ZnO absorber
Disadvantage: Pure ZnO have low Electrical conductivity
How to enhance the Electrical conductivity？
On the one hand，Lattice doped ； On the other hand，
高温吸波材料设计准则
1）自由空间与材料表面的阻抗匹配以减少电磁波的反射, 要 求材料的复介电常数与复磁导率接近； 2）进入材料内部的电磁波可以被尽可能多的损耗, 要求材料 有足够大的电损耗或者磁损耗, 即足够高的复介电常数或 者复磁导率。
吸波能力方程
(1)
(2)
RL 表示反射率；Zin表示入射波在自由空间与材料界面处的 阻抗；Z0 为入射波在自由空间的阻抗；μr 与 εr 分别表示材料相 对复磁导率与复介电常数；c 为光速；t 为材料厚度；f 为电 磁波频率。
高温雷达吸波材料研究现状与展望
期刊：无机材料学报 2014年5月 第29卷第5期：461-469 作者：丁东海，罗发，周万成，史毅敏，周亮
报告人：龙华倩
目录
1. 研究背景 2. 高温吸波材料设计准则 3. 4. C、SiC、ZnO 高温吸收剂研究现状 涂覆型与结构型高温吸波材料
研究背景
1）吸波材料：可以将电磁波能量转化为热能而衰减雷达波， 是实现雷达隐身的重要手段。
对装备的改动比较小，特别适用于现有装备的隐身；
吸波涂层施工方便，对武器装备的机动、火力等影响较小。 • 缺点：频段窄，一般只适用于某一固定频段； 粘结性差，易脱落，受外界环境因素影响大； 密度大，影响飞机、导弹等的飞行性能。
美国F-35隐身战斗机
F-35全称“联合攻击战斗机(JSF)” 代号“Lightning” ，2006年12月 首飞，成本1.2亿美元，采用波音 公司的“幽灵工厂”生产的隐身涂 层
吸波能力方程
常温下, 吸波材料 RL 是 μr 、 εr 、 f 、 t 的函数。
材料电磁参数与环境温度密切相关, 高温下材料失去磁性, 复磁导率等于 1, 复介电常数随温度不同而变化。高温下, 吸波 材料 RL 是 εr(T) 、f 、t 、T的函数 。
高温吸收剂
高温吸波材料的传统设计思路是将高温吸收剂填入 陶瓷或者玻璃基体, 通过调整吸收剂种类、含量、尺寸、
SiO2 壳层
BN
C/SiO2 1、方法：静电纺丝 2、厚度：20nm
介电常数与介电损耗都较 低，起始氧化温度超过 800℃, 可以形成致密的B2O3保护膜
SiC absorber
Disadvantage: Low dielectric loss
How to improve the ability of dielectric loss？
形貌、分布状态等实现材料吸波性能的优化。因此, 制备
综合性能优良的吸收剂是高温吸波材料研制首要解决的 问题。密度较大的磁性吸收剂在居里温度以上转变为顺 磁体, 失去磁性, 不适合作为高温吸收剂。高温吸收剂以 电损耗为主, 研究较多的主要是 C、SiC、ZnO 吸收剂。
高温吸收剂
C 吸收剂 SiC 吸收剂 ZnO 吸收剂
2）吸波材料必须具备的条件： 厚度薄、质量轻、吸收频率宽、吸收能力强 耐高温 抗氧化 高强度 高韧性 低密度
吸波基本原理
吸波材料能吸收或衰减入射的电磁波，使 其因干涉而消失或其电磁能转换为其他形式的 能量。其基本原理包括干涉作用和吸收作用。
1. 干涉作用
干涉作用是将入射的电磁波分成两部分，一部分从吸 波层表面反射，另一部分透过吸波层后经底层反射后再 穿过吸波层射出来。若经底层反射的波与吸波层表面反 射的波相位正好相反，两段波便可发生干涉而减弱。
改善阻抗匹配特性。
图1 苯分子的域π键
中空多孔炭纤维吸收剂
(a)1℃/min (b)2℃/min (c)3℃/min (d)4℃/min
图2 不同预氧化升温速率、同一碳化条件下获得 的HPCFs截面SEM形貌图
中空多孔炭纤维吸收剂
图3 HPCFs体电导率随预氧化升温速率的变化关系曲线
中空多孔炭纤维吸收剂
施工维护困难 。
2015-5-15
The End Thank you for attention!
图4 HPCFs体电导率随碳化升温速率的变化关系曲线
小结
1. 升温速率 ↑
不利于HPCFs微孔的形成与保持
体电导率 ↓
2. 热处理升温速率 ↑ 介电常数 ↓
注意：预氧化升温速率较炭化升温速率变化幅度大！
表面涂覆
在碳吸收剂表面制备电导率较低的陶瓷涂层 , 不
仅可以改善阻抗匹配特性, 减少电磁波的反射, 而且可 以提高其抗氧化性能。
Two
抗氧化能力低
导致电磁波反射较强
通过涂覆抗氧化涂层来 防止含氧气体接触扩散， 从而改善了材料的抗氧 化能力
改善阻抗匹配，减少电磁波反射
热解工艺优化
碳材料的电性能主要决定于石墨化程度, 如果石
墨化程度过低, 损耗能力较弱; 如果石墨化程度过高, 则电导率较高, 碳材料制备工艺, 阻抗匹配变差。因此, 控制石墨化度, 可以通过优化
高温吸波涂层
基体：环氧改性有机硅树脂 无机填料：云母粉和玻璃粉 涂层可在600℃短时 间使用
吸收剂：短切碳纤维
传统热压法可以在金属表面制备结合强度高、抗热 应力性能好的玻璃或者陶瓷基吸波涂层, 但是该工艺仅能 应用于平板金属, 不适用于异型表面。热喷涂可以利用热 源将陶瓷粒子加热到熔融或半熔融状态, 同时借助火焰或 者高速气体, 将其喷射到金属表面, 沉积成涂层。由于喷 涂过程中, 陶瓷粒子具有较高的动能与热能, 使得涂层与 基体或粒子之间形成较强结合, 涂层厚度可控, 并且喷涂 受构件形状限制较小, 适于制备高温吸波涂层。
On the one hand，Lattice doped ； On the other hand，
SiC fiber absorbent。
1、控制自由碳含量及石墨化度； 2、引入异质金属元素； 3、改变纤维截面形状。
Change the fiber cross section shape
(a) Swirl shape
吸波基本原理
2. 吸收作用
材料对电磁波产生吸收作用有两个条件： (1)电磁波入射到材料上时能最大限度地进入到材料内部， 即电磁匹配要好(匹配特性)； (2)进入材料内部的电磁波能迅速地被衰减掉，即电磁损 耗要大(衰减特性)。 衰减特性：电磁波在材料内产生电损耗或磁损耗，使电磁 波的电磁性能转为其他形式的能量散失掉，达 到减少反射的目的。
吸波基本原理
电损耗机理：依靠电介质的极化机理吸收、衰减电磁波。 极化的基本形式包括位移式极化和松弛极化。 弹性，瞬时完成，其 极化过程不消耗能量，一 般发生在物质结构紧密、 规则的地方。 与热运动有关，非 弹性，需一定时间，需 消耗一定的能量。
电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化。松弛极化与电 场作用和热运动有关。热运动的作用力图使材料中的质点 分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最终 结果是使质点按电场规律分布，然而在质点移动过程中克 服了一定的势垒，时间较长，需吸收一定能量。
Morphology control。
涂覆型吸波材料
添加剂性质 填充比例 涂层厚度 磁性吸波涂层 提高 磁导率
吸波涂层
添加剂和吸 波剂设计
提高 吸波性能
介电吸波涂层
阻抗匹配
提高 吸波性能
涂覆型吸波材料
• 吸波涂层一般由吸波剂和粘结剂组成；
• 吸波剂是涂层的关键，决定了吸波涂层对入射电磁波的损耗能力； • 粘结剂是涂层的成膜物质，可以使涂层牢固附着于被涂敷物体表面 ，形成连续膜。粘结剂必须是透波材料。 • 优点：吸波涂层对目标的外形适应能力强；
(b) “T” shape
异型截面纤维的叶片顶端的曲率明显大于圆截面纤维, 叶片顶端可以富集电荷而产生偶极子, 在电磁波作用 下产生振荡, 异型截面纤维吸波机理的理解还不够深 入, 还有待于进一步研究。
(c) “C” shape
Fig.2
(d) Cross shape
Microwave absorbing silicon carbide fibers with non-circular section