CN102179968B - 雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法 - Google Patents

雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法，该兼容隐身材料主要是由雷达吸波结构层与红外隐身功能层复合组成，雷达吸波结构层为玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料制成，红外隐身功能层为一容性频率选择表面。本发明的制备方法为，先通过PCB工艺制备容性频率选择表面；再通过丝网印刷工艺用导电碳浆在玻璃纤维平纹布上制备一层电阻片；然后以环氧树脂为基材，以玻璃纤维平纹布为增强材料，采用树脂成型工艺制备一玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料，最后通过固化成型使容性频率选择表面复合叠加，制得雷达与红外兼容隐身材料。本发明的兼容隐身材料不仅结构简单、成本低、制作方便，而且实现了红外波段高反射和雷达波段高透过的双工特性。

Description

雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于玻璃钢的复合材料及其制备方法，尤其涉及一种雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法。
背景技术
随着多谱段侦察技术的迅速发展，单一功能的隐身材料的使用受到限制，多波段兼容隐身材料，尤其是雷达与红外兼容隐身材料，已成为隐身材料研究的发展方向。然而，雷达隐身材料要求在雷达波段具有较低的反射率，而红外隐身材料要求具有红外高反射特性，这种矛盾给雷达与红外兼容隐身材料的制备带来了较大的困难。
目前研究的雷达与红外兼容隐身材料主要分为单一型和复合型两种，前者主要包括导电高聚物、掺杂氧化物半导体和纳米材料等，此类材料虽然可以实现隐身材料“薄、轻、宽、强”的要求，但存在以下不足：1)均为单层材料，介电性能难以调控，雷达吸收频段较窄；2)红外发射率一般较高，较难满足红外隐身要求；3)主要集中在理论研究，实际制备存在一定的难度。而雷达与红外兼容隐身复合型材料主要是指在雷达隐身材料表面制备红外隐身功能层，实现的关键在于该红外隐身功能层要同时具有雷达高透过和红外高反射特性，常用的红外隐身功能层有低发射率涂料和金属薄膜，但二者均会对底层雷达吸波材料的雷达吸波性能带来不利影响，难以较好的实现雷达与红外隐身兼容。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、制作方便的雷达与红外兼容隐身材料，还相应提供一种工艺步骤简单、投入小、可成型大规模复杂构件的雷达与红外兼容隐身材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种雷达与红外兼容隐身材料，所述兼容隐身材料主要是由雷达吸波结构层与红外隐身功能层复合组成，所述雷达吸波结构层为玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料制成，所述红外隐身功能层为一容性频率选择表面(简称CFSS)。
上述的雷达与红外兼容隐身材料中，所述容性频率选择表面的单元周期优选为0.36mm～0.8mm、缝隙宽度为0.08mm～0.12mm。通过采用该优选的容性频率选择表面，其红外发射率可控制在0.40～0.53。
上述的雷达与红外兼容隐身材料中，所述雷达吸波结构层的介电常数优选控制在3～5。
为了使上述雷达吸波结构层的介电常数控制在优选的3～5，一种优选的改进方案为：在所述雷达吸波结构层的中部设置一层电阻片，所述电阻片的方阻为100Ω/□～130Ω/□。
上述的雷达与红外兼容隐身材料中，所述雷达吸波结构层的厚度优选为4.5mm～5.5mm，所述电阻片距雷达吸波结构层底层的距离优选为2.2mm～3.5mm。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的雷达与红外兼容隐身材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过PCB工艺制备所述的容性频率选择表面；
(2)通过丝网印刷工艺用导电碳浆在拟定的玻璃纤维平纹布上制备一层电阻片；
(3)以环氧树脂为基材，以附着有电阻片的上述玻璃纤维平纹布为增强材料，通过采用常规的树脂成型工艺(例如手糊、树脂传递模塑、真空浸渍成型工艺等)制备一玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料，并以此作为雷达吸波结构层；
(4)通过固化成型，使所述容性频率选择表面依附的玻璃钢基板复合叠加到雷达吸波结构层上，制得雷达与红外兼容隐身材料。
本发明的上述技术方案是首先对CFSS的单元尺寸与红外发射率和雷达透过率的关系进行研究，得出具有较低红外发射率和较高雷达透过率所需的CFSS单元尺寸，然后将PCB工艺制备的CFSS复合在常规树脂成型工艺制备的玻璃钢吸波结构上，再进行建模，并利用基于单纯形法的优化设计软件对制得的兼容隐身材料的吸波性能进行反复的优化，最终确定出兼容隐身材料的各项技术参数。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过在玻璃钢吸波结构表面复合容性频率选择表面，制备得到一种基于CFSS的雷达与红外兼容隐身材料(树脂基复合材料)，该兼容隐身材料利用表层容性频率选择表面的频率选择特性，实现了红外波段高反射和雷达波段高透过的双工特性，实现了宽频吸波性能和较低红外发射率的统一，解决了现有雷达与红外隐身兼容性较差的问题。
本发明的兼容隐身材料结构相对简单，制备工艺相对成熟，通过对现有常规工艺和设备进行组合即可实现本发明兼容隐身材料制备，成本较低，易于规模化生产和应用。利用本发明的兼容隐身材料还可制备大型、复杂的构件，从而实现雷达与红外兼容隐身材料的实际应用。
附图说明
图1为本发明的雷达与红外兼容隐身材料结构示意图；其中：1、雷达吸波结构层；2、红外隐身功能层；3、电阻片。
图2为本发明实施例1中制得的雷达与红外兼容隐身材料的实物照片。
图3为本发明实施例1中的容性频率选择表面在60℃下的红外热像图。
图4为本发明实施例1中的雷达与红外兼容隐身材料的雷达反射率曲线图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
一种如图1所示的本发明的雷达与红外兼容隐身材料，该兼容隐身材料主要是由雷达吸波结构层1与红外隐身功能层2复合组成，雷达吸波结构层1为玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料制成。雷达吸波结构层1的中部设有一层电阻片3，电阻片3的方阻为120Ω/□，由此形成的雷达吸波结构层1的介电常数为4；雷达吸波结构层1的厚度为5mm，电阻片3距雷达吸波结构层1底层的距离h为2.75mm。红外隐身功能层2为一容性频率选择表面。该容性频率选择表面的对应单元周期t为0.36mm，缝隙宽度d为0.08mm，该容性频率选择表面的红外发射率为0.53。
本实施例的雷达与红外兼容隐身材料是按以下步骤制备得到：
(1)通过PCB工艺制备符合电性能设计要求的的容性频率选择表面(单元周期为0.36mm、缝隙宽度为0.08mm)；
(2)通过丝网印刷工艺采用导电碳浆在玻璃纤维平纹布上制备方阻为120Ω/□的电阻片；
(3)以环氧树脂为基材，以玻璃纤维平纹布为增强材料，在距底层2.75mm的位置加入上述电阻片，通过采用常规的手糊工艺制备介电常数为4的玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料，并以此作为雷达吸波结构层1；
(4)通过固化成型，使所述容性频率选择表面依附的玻璃钢基板复合叠加到雷达吸波结构层上，制得如图1、图2所示的雷达与红外兼容隐身材料，材料尺寸为180mm×180mm×5mm。
本实施例制得的雷达与红外兼容隐身材料的主要性能参数如下表1所示：
表1：雷达与红外兼容隐身材料主要性能参数
Figure BDA0000048866660000031
本实施例雷达与红外兼容隐身材料表层CFSS的实测红外热像图如图3所示，基于CFSS的雷达与红外兼容隐身树脂基复合材料的实测雷达反射率曲线如图4所示。通过表1、图3和图4数据可以发现，制备的基于CFSS的雷达与红外兼容隐身材料具有较低的红外发射率以及优良的吸波性能，6～18GHz反射率均可小于-8dB，8～18GHz反射率均可小于-10dB，可以较好的实现雷达与红外兼容隐身功能。
实施例2：
一种如图1所示的本发明的雷达与红外兼容隐身材料，该兼容隐身材料主要是由雷达吸波结构层1与红外隐身功能层2复合组成，雷达吸波结构层1为玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料制成。雷达吸波结构层1的中部设有一层电阻片3，电阻片3的方阻为130Ω/□，由此形成的雷达吸波结构层1的介电常数为4.5；雷达吸波结构层1的厚度为5.5mm，电阻片3距雷达吸波结构层1底层的距离h为3.3mm。红外隐身功能层2为一容性频率选择表面。该容性频率选择表面的对应单元周期t为0.8mm，缝隙宽度d为0.08mm，该容性频率选择表面的红外发射率为0.53。
本实施例的雷达与红外兼容隐身材料的制备工艺与实施例1相同，仅仅是工艺参数作相应调整即可。
本实施例的雷达与红外兼容隐身材料的主要性能参数如下表2所示：
表2：雷达与红外兼容隐身材料主要性能参数
Figure BDA0000048866660000041
实施例3：
一种如图1所示的本发明的雷达与红外兼容隐身材料，该兼容隐身材料主要是由雷达吸波结构层1与红外隐身功能层2复合组成，雷达吸波结构层1为玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料制成。雷达吸波结构层1的中部设有一层电阻片3，电阻片3的方阻为125Ω/□，由此形成的雷达吸波结构层1的介电常数为5；雷达吸波结构层1的厚度为4.5mm，电阻片3距雷达吸波结构层1底层的距离h为2.25mm。红外隐身功能层2为一容性频率选择表面。该容性频率选择表面的对应单元周期t为0.8mm，缝隙宽度d为0.12mm，该容性频率选择表面的红外发射率为0.53。
本实施例的雷达与红外兼容隐身材料的制备工艺与实施例1相同，仅仅是工艺参数作相应调整即可。
本实施例的雷达与红外兼容隐身材料的主要性能参数如下表3所示：
表3：雷达与红外兼容隐身材料主要性能参数
Figure BDA0000048866660000051

Claims (5)

1.一种雷达与红外兼容隐身材料，其特征在于：所述兼容隐身材料主要是由雷达吸波结构层与红外隐身功能层复合组成，所述雷达吸波结构层为玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料制成，所述红外隐身功能层为一容性频率选择表面；
使所述容性频率选择表面依附的玻璃钢基板复合叠加到雷达吸波结构层上，所述容性频率选择表面的单元周期为0.36mm～0.8mm、缝隙宽度为0.08mm～0.12mm。
2.根据权利要求1所述的雷达与红外兼容隐身材料，其特征在于：所述雷达吸波结构层的介电常数为3～5。
3.根据权利要求2所述的雷达与红外兼容隐身材料，其特征在于：所述雷达吸波结构层的中部设有一层电阻片，所述电阻片的方阻为100Ω/□～130Ω/□。
4.根据权利要求3所述的雷达与红外兼容隐身材料，其特征在于：所述雷达吸波结构层的厚度为4.5mm～5.5mm，所述电阻片距雷达吸波结构层底层的距离为2.2mm～3.5mm。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的雷达与红外兼容隐身材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过PCB工艺制备所述的容性频率选择表面；
（2）通过丝网印刷工艺用导电碳浆在拟定的玻璃纤维平纹布上制备一层电阻片；
（3）以环氧树脂为基材，以附着有电阻片的上述玻璃纤维平纹布为增强材料，通过采用常规的树脂成型工艺制备一玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料，并以此作为雷达吸波结构层； 
（4）通过固化成型，使所述容性频率选择表面依附的玻璃钢基板复合叠加到雷达吸波结构层上，制得雷达与红外兼容隐身材料。
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