CN100372450C - 具有闭孔结构的谐振群吸波体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料科学和微波技术的交叉技术领域。涉及到具有闭孔结构的谐振群吸波体是微波暗室(又称无回波暗室)中吸收电磁波的高效吸收材料。其特征是：采用具有闭孔结构的空心球(有机或无机透波材料组成)为载体，在其外表面涂敷一层导电或导磁涂层构成电壁或磁壁，将成千上万具有涂层的空心球装入塑料壳内，构成了封闭的具有吸收电磁波功能的谐振群吸波体。本发明的益处和效果是承担吸收功能的涂层是均匀的；封闭塑料壳内部的空心球具有良好的防潮、防水功能；坚挺的塑料壳克服了泡沫塑料极易弯腰(业内也叫踏腰)和在不同湿度的季节电磁性能的波动；由于电磁波在谐振球内的多次振荡使其电磁损耗大于开孔泡沫吸波体。

Description

具有闭孔结构的谐振群吸波体的制造方法

技术领域

本发明属于材料科学和微波技术的交叉技术领域，涉及谐振腔的制造表面技术和复合材料制造技术。特别涉及到一种具有闭孔结构的谐振群吸波体的制造方法。

背景技术

吸波材料是指能够吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波因干扰而消失的一类功能材料。在微波暗室里，各类吸波材料承担着吸收电磁波的任务。暗室中的吸波体分布在室内五个墙面和地面，吸波体多为锥体，高度从300～2400mm不等，主吸收屏和副吸收屏的锥体最高。由于三维分布的吸波体占用了大量的测试空间，使其测试环境变的非常窄小；其次，用泡沫塑料做的高大吸波体极易弯腰变形，使吸波效果变差；另外，泡沫塑料吸波体是开孔结构，在潮湿多雨的季节极易吸水，使电磁特性变得不稳定，这对GPS定位和航天相关的天线以及隐形材料的测试会造成不小的误差。因此，研制高效稳定的吸波体，减小锥体的弯曲变形，防水防潮和减小吸波体的尺寸变的非常迫切。

发明内容

本发明的目的是提供了一种以透波材料(低介电常数的有机、无机材料)制成的空心球为载体，制得具有闭孔结构的谐振群吸波体的制造方法。以解决上面提到的泡沫塑料吸波材料带来的种种弊端。

本发明的技术方案如下：

1.谐振腔(谐振球)的制备

1.1基体选择

选用各种市售塑料空心球或者自制空心球作为吸波剂的基体，为了为满足不同频段要求，空心球直径为1～15mm。要求空心球具有闭孔结构和轻质高透波性，而且粒径大小要均一。

1.2球体预处理

将泡沫球酸洗、碱洗，以去除部分杂质(可用浓度在5～10％的HCL和NaOH)。为了去除油污等有机杂质，需要将泡沫球浸入有机溶剂中处理，根据溶剂的浓度调整浸泡时间。然后取出，放入硅烷偶联剂溶液中搅拌10～20分钟，使球体表面附着一薄层偶联剂，取出阴干。偶联剂也可加在导电粉末和磁性粉末表面。

1.3电壁或磁壁的制备

电壁是指在球体表面附着一层导电涂层或薄膜；磁壁是在球体表面附着一层具有磁性的涂层或薄膜。配制含有吸波剂、阻燃剂及粘结剂的混合溶液，可根据实际需要调整各成分的含量达到最佳效果。将经过表面处理的泡沫球在溶液中强力搅拌，使泡沫球表面包覆一层连续均匀的导电涂层或者导磁涂层，然后取出干燥处理。电壁和磁壁的形成有物理方法和化学方法。

2塑料壳的制备

外壳既要达到透波性好，又要有一定的刚性，同时还要满足阻燃性要求。采用阻燃塑料板制造，阻燃性最高可达到塑料的最高阻燃等级V-0级。外壳的制备根据需要有两种方法：注塑成型和压制成型。前者需要使用模具，制备效率高，厚度在0.6～1.2mm均可；后者在已有板材的基础上加工成型，对设备要求低，可采用厚度为2～4mm的空心聚丙烯，在不降低壳体强度的基础上减轻了质量。

3.吸波体的制备

将制得的谐振球装入成型的塑料壳体中，然后封装严实，不留缝隙。.吸波体可由单一粒径的谐振球组成，也可由多种粒径的球体组成。需要填充不同粒径的球体时，顶部填充透射系数最大的球体，沿电磁波入射方向按照透射系数从大到小的顺序填装，底部是透射系数最小的，这样很好的满足了阻抗匹配，减少了不必要的反射造成吸波体吸收性能下降。这种不同粒径分层分布的吸收体成为多层吸收体或阻抗渐变吸收体，为防止相邻层之间不同粒径的谐振球混合，不同粒径之间可以用超薄的塑料板隔开，防止壳体内部颗粒发生混合。

4.成品性能检测

检测包括电磁性能检测和理化性能检测。

4.1电磁性能检测

主要测试吸收体对电磁波的吸收能力，是吸波材料最重要的性能指标，用dB表示，不同吸收体的吸收能力和频宽不用，以高度为400mm锥体为例，如下表。

频率(GHz)	1	2	4	6	8	10	12	14	16	18
											吸收效能(dB)	40	48	50	51	52	52	53	54	56	56

4.2理化性能测试(主要是阻燃性)

产品满足国家塑料标准中的V-0级(最高阻燃等级)，也可按美国海军标准进行。抗弯性能业内暂无标准，但是可以保证锥体粘在墙上10年不变形。

本发明的效果和益处是这种吸波体由成千上万不同规格的谐振球构成谐振群式吸波体，吸收体的外壳用填有阻燃剂的透波塑料制成。这类吸波体的形状随塑料壳的形状任意设计。由于空心球比重非常小，可使锥体高度比传统的吸波体减少20～60％；由于采用了封闭式的塑料壳，具有防潮的显著优点，塑料壳的坚挺使其不再担心弯腰变形。采用最高阻燃等级(V-0)的塑料壳后，其阻燃效果也优于传统的泡沫塑料。加上分散制造的空心球外表面导电、导磁涂层，比传统的大块泡沫塑料浸渍法形成的涂层更均匀，同时闭孔谐振球比开孔泡沫塑料增加了谐振损耗。因此，具有闭孔结构的谐振群吸波体具有高效稳定的吸收机制。不弯曲变形的硬壳和防潮湿的封闭结构，确保在一年四季的测试中都能获得稳定一致的测试效果。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。

1谐振球的制备

1.1原料采用聚苯乙烯泡沫塑料球形颗粒，根据粒径不同分三种：

粒径(mm)	密度(g/cm<sup>3</sup>)
		1～23～45～6	0.02～0.030.012～0.0180.005～0.01

1.2预处理

将泡沫球依次用5～10％的盐酸和氢氧化钠水溶液漂洗，再用稀释20倍的丙酮水溶液浸泡3分钟，除去球体表面的酸性、碱性杂质及油污等。然后放入4％的硅烷偶联剂溶液中搅拌10～20分钟，使球体表面附着一薄层偶联剂，取出，阴干3小时。

1.3电壁的制备

1.3.1选用N234型超细炭粉(10～20μm)，800℃加热2小时，除去有机杂质。然后球磨5小时，使炭粉尺寸在20～1000nm范围内，为多粒径的纳米及亚微米粉体。

1.3.2配置炭粉和水的混合溶液，水与炭粉的体积比为15∶1。

1.3.3将处理后的泡沫球200g加入到0.2mm³按照(1.3.2)配制的溶液中搅拌3～5分钟，搅拌机叶片转速调整在500～800rpm，待炭粉连续均匀分布在球体表面即可，取出空干。

1.3.4浸挂粘结剂和阻燃剂。将PVA加入水中配成浓度为2％的溶液，加入阻燃剂(磷酸氢二胺和阻燃涂料混合)调整浓度在8％左右。将(1.3.3)的球体加入混合溶液中搅拌2分钟，取出空干即可。

2塑料壳的制备

外壳采用聚丙烯阻燃塑料空心板制成，阻燃性最高可达到塑料的最高阻燃等级V-0级。将厚度为3mm的空心板材根据设计的形状加工成锥体外壳备用。

3.吸波体的制备

为了达到最佳阻抗匹配，将不同粒径的泡沫球分层填装。锥体顶部填充厚度200mm直径5～6mm的球体，中间是140mm粒径在3～4mm的颗粒，锥体底部是60mm直径为1～2mm的球体，中间用空心板将不同粒径的球体隔开。最后将锥体封装严实待测。

4.成品性能检测

4.1电磁性能检测。高度为400mm锥体的吸收能力如下表。

频率(GHz)	1	2	4	6	8	10	12	14	16	18
											吸收效能(dB)	42	46	50	50	52	52	53	53	54	55

4.2阻燃性能测试。产品阻燃性满足国家塑料标准中的V-0级(最高阻燃等级)。

Claims (3)

1.一种具有闭孔结构的谐振群吸波体的制造方法，是在球体表面涂覆一层导电层或导磁层得到具有谐振功能基础单元的方法，其特征是：

a)以具有透波性的空心球为基体，要求球形颗粒具有闭孔结构，球形颗粒直径为1～15mm；

b)将空心球表面处理，加入到经过细化处理的导电粉末或导磁粉末配成的溶液中搅拌，待球体表面均匀涂覆一层均匀的粉末时取出风干，然后加入粘结剂固化处理，最后进行阻燃处理；

c)导电或导磁粉末粒度限定在20～1000nm之间，涂覆过程搅拌机叶片转速控制在500～800rpm，搅拌溶液配比水与吸波剂粉末的体积比为15∶1，采用先阴干再风干的干燥方法。

2.根据权利要求1所述的一种具有闭孔结构的谐振群吸波体的制造方法，其特征还包括：

壳体选用具有透波性的塑料阻燃空心板，经压制成型得到，壳壁的厚度为2～4mm；或者以阻燃性透波塑料为原料注塑成型得到厚度在0.6～1.2mm的实心塑料外壳。

3.根据权利要求1所述的一种具有闭孔结构的谐振群吸波体的制造方法，其特征还包括：

将经过涂敷处理的粒径的球体填充到塑料壳体中得到均匀的吸收体，或将不同粒径的球体填充到锥体吸波材料不同位置得到多层吸收体，从锥体顶部到底部按透波系数递减的顺序填充。