CN105799260A - 一种雷达隐身用吸波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种雷达隐身用吸波材料及其制备方法。其中，雷达隐身用吸波材料包括：由下而上依次设置的金属基底反射层、表面吸波抑制层、阻抗匹配层、中间防热吸波层和表面防热吸波层。本发明的雷达隐身用吸波材料及其制备方法成本低、工艺简单，以及工业化生产，并且能够克服传统吸波材料隐身频带窄、重量高、厚度大，吸波机理单一、电磁波空间阻抗匹配水平与介质损耗能力低、高温环境下吸波性能急剧下降甚至完全丧失等等不足。

Description

一种雷达隐身用吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及隐身技术领域，尤其涉及一种雷达隐身用吸波材料及其制备方法。
背景技术
以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。
雷达是探测、跟踪、识别来袭导弹及对拦截弹制导的主要手段，因此，雷达隐身是提高导弹突防能力的基础措施。根据，导弹隐身后RCS减小，可以减小对方反导系统雷达的探测距离，延迟敌方防御系统发现我方目标的时间，减小弹头被跟踪和被拦截的概率，而不影响导弹控制系统的工作；同时也为弹头采用无源、有源干扰装置提供了基础，例如弹头RCS减小10倍，要求的干扰机功率减小10倍，无源诱饵RCS减小10倍。相应地，可以有效的减小干扰装置的尺寸、重量和技术难度，或在一定载荷前提下，弹头可携带更多的突防装置。
吸波材料是隐身技术的重要组成部分，它能高效吸收入电磁波能量并将其转换成热能或其它形式的能量而耗散掉。发展和应用吸波材料技术受到世界各军事大国的高度重视，美国的多款导弹武器装备，如民兵Ⅲ、和平卫士、AGM-109、AGM-86B、AGM-129等都使用了大量的吸波材料。
传统吸波材料隐身频带窄、重量高、厚度大，吸波机理单一，电磁波空间阻抗匹配水平与介质损耗能力低，高温环境下吸波性能急剧下降甚至完全丧失。因此，传统吸波材料无法满足导弹隐身实际要求，直接制约导弹隐身突防的发展水平，有必要研制一种宽频段、耐高温、强损耗的吸波材料以适应高温、高速飞行武器系统的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服传统吸波材料隐身频带窄、重量高、厚度大，吸波机理单一、电磁波空间阻抗匹配水平与介质损耗能力低、高温环境下吸波性能急剧下降甚至完全丧失等等不足，提出一种雷达隐身用吸波材料及其制备方法。
根据本发明的雷达隐身用吸波材料，包括：由下而上依次设置的金属基底反射层、表面吸波抑制层、阻抗匹配层、中间防热吸波层和表面防热吸波层。
优选地，表面吸波抑制层的原料组成为：耐高温表面波抑制剂680g、耐高温树脂150g、分散剂0.2g、防沉剂0.4g。
优选地，表面吸波抑制层的厚度为0.55mm。
优选地，阻抗匹配层的原料组成为：炭黑12g、耐高温树脂130g、分散剂0.6g、防沉剂0.2g。
优选地，阻抗匹配层的厚度为0.10mm。
优选地，中间防热吸波层的原料组成为：B型耐高温吸波材料37g、高硅氧纤维430g、耐高温树脂170g；所述B型耐高温吸波材料为磁性损耗体系材料。
优选地，中间防热吸波层的厚度为7mm。
优选地，表面防热吸波层的原料组成为：A型耐高温吸波材料20g、高硅氧纤维410g、耐高温树脂190g；所述A型耐高温吸波材料为磁性损耗体系材料，并且所述A型耐高温吸波材料中磁性组分的浓度大于所述B型耐高温吸波材料中磁性组分的浓度。
优选地，表面防热吸波层的厚度为9mm。
根据本发明的雷达隐身用吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
制备表面防热吸波层：称取表面防热吸波层的原料，均质、研磨后得到第一预压浆料；将第一预压浆料转移至铺设好脱模布的模具中填模，并热压固化，开模后得到表面防热吸波层；
制备中间防热吸波层：称取中间防热吸波层的原料，均质、研磨后得到第二预压浆料；将第二预压浆料转移至铺设好脱模布的模具中填模，并热压固化，开模后得到表面防热吸波层；
制备阻抗匹配层：称取阻抗匹配层的原料，均质、研磨后得到第一喷涂浆料；采用单面喷涂的方式将喷涂浆料施工到耐高温空心石英纤维布上，热压固化后得到阻抗匹配层；
制备喷涂表面吸波抑制层的表面吸波抑制层：称取表面吸波抑制层的原料，均质、研磨后得到第二喷涂浆料；使用喷涂方法将第二喷涂浆料施工到金属基底反射层上，得到喷涂表面吸波抑制层的金属基底反射层；
制备雷达隐身用吸波材料：将上述制备的阻抗匹配层、中间防热吸波层和表面防热吸波层的表面浸胶，按顺序依次铺设到喷涂表面吸波抑制层的金属基底反射层上，通过热压工艺在模具中成型，得到雷达隐身用吸波材料。
根据本发明的雷达隐身用吸波材料及其制备方法具有以下优点：
1)原料来源广泛，成本低廉，制备方工艺简单且操作方便，易于实现工业化生产。同时，获得的产品性能可靠，质量稳定。
2)多层吸波结构遵循电磁波空间传输阻抗匹配原理，电磁波入射到多层结构体中，层层渐入，层层衰减。考虑到电磁波在目标不同部位的不同散射机理，结构材料中既能应对镜面散射、多径反射、腔体散射，又能抑制舱段长条体结构所带来的表面波贡献。
3)具备宽频带(2～12GHz)、强损耗，还具备抗高温环境能力(1400℃)，可以适应目标长时间、高马赫数、大范围机动飞行状态。
4)目标应用材料隐身后RCS减小，可以减小对方雷达的探测距离，增加其识别难度及延缓其反应时间，为目标采用无源或有源干扰装置提供了基础。在一定载荷前提下，目标可携带更多的突防装置。
附图说明
通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：
图1是根据本发明的雷达隐身用吸波材料的示意图；
图2是根据本发明优选实施例的雷达隐身用吸波材料的反射率曲线示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
如图1所示，根据本发明的雷达隐身用吸波材料包括：由下而上依次设置的金属基底反射层1、表面吸波抑制层2、阻抗匹配层3、中间防热吸波层4和表面防热吸波层5。通过采用多层吸波结构，遵循电磁波空间传输阻抗匹配原理，电磁波入射到多层结构体中时层层渐入、层层衰减。考虑到电磁波在目标不同部位的不同散射机理，结构材料中既能应对镜面散射、多径反射、腔体散射，又能抑制舱段长条体结构所带来的表面波贡献。
表面吸波抑制层可以采用如下的原料组成：耐高温表面波抑制剂680g、耐高温树脂150g、分散剂0.2g、防沉剂0.4g。本实施例中表面吸波抑制层的原料来源广泛，一方面能降低表面吸波抑制层的成本，易于实现工业化生产；另一方面，丰富的原料来源对保证表面吸波抑制层的性能稳定也具有重要作用。
在本发明的一些实施例中，阻抗匹配层的原料组成为：炭黑12g、耐高温树脂130g、分散剂0.6g、防沉剂0.2g。为了提高炭黑的吸附效果，可以对炭黑进行表面活性处理。本实施例中阻抗匹配层的原料来源广泛，一方面能降低阻抗匹配层的成本，易于实现工业化生产；另一方面，丰富的原料来源对保证阻抗匹配层的性能稳定也具有重要作用。
在本发明的一些实施例中，中间防热吸波层的原料组成为：B型耐高温吸波材料37g、高硅氧纤维430g、耐高温树脂170g。本发明中的B型耐高温吸波材料为磁性损耗体系材料，其中“B型”仅代表某种磁性损耗体系材料，并非特指某种具体的吸波材料，本领域技术人员应当理解，任何符合本发明要求的磁性损耗体系的材料均有可能可以作为本发明中的B型耐高温吸波材料。本实施例中中间防热吸波层的原料来源广泛，一方面能降低中间防热吸波层的成本，易于实现工业化生产；另一方面，丰富的原料来源对保证中间防热吸波层的性能稳定也具有重要作用。
进一步优选地，表面防热吸波层可以采用如下的原料组成：A型耐高温吸波材料20g、高硅氧纤维410g、耐高温树脂190g。其中，A型耐高温吸波材料为磁性损耗体系材料，并且A型耐高温吸波材料中磁性组分的浓度大于B型耐高温吸波材料中磁性组分的浓度。本发明中的“A型”仅代表与“B型耐高温吸波材料”不同的某种磁性损耗体系材料，并非特指某种具体的吸波材料，本领域技术人员应当理解，任何符合本发明要求的磁性损耗体系的材料均有可能可以作为本发明中的A型耐高温吸波材料。
在保证目标结构防热的前提下，吸波材料要求材料具有“薄”、“轻”、“宽”、“强”的特点。雷达隐身用吸波材料的厚度不仅影响目标的体积和重量，还对其吸波性能产生很大的影响，因此应尽量减小雷达隐身用吸波材料各构成层的厚度。优选地，表面吸波抑制层的厚度为0.55mm，和/或阻抗匹配层的厚度为0.10mm，和/或中间防热吸波层的厚度为7mm，和/或表面防热吸波层的厚度为9mm。
根据本发明的一个优选实施例，表面吸波抑制层的原料组成为：耐高温表面波抑制剂680g、耐高温树脂150g、分散剂0.2g、防沉剂0.4g；阻抗匹配层的原料组成为：炭黑12g、耐高温树脂130g、分散剂0.6g、防沉剂0.2g；中间防热吸波层的原料组成为：B型耐高温吸波材料37g、高硅氧纤维430g、耐高温树脂170g；B型耐高温吸波材料为磁性损耗体系材料；表面防热吸波层的原料组成为：A型耐高温吸波材料20g、高硅氧纤维410g、耐高温树脂190g；A型耐高温吸波材料为磁性损耗体系材料，雷达隐身用吸波材料的厚度为15mm。根据本实施例得到的雷达隐身用吸波材料，不仅具备前述雷达隐身用吸波材料的优点，还可以适应目标长时间、高马赫数、大范围机动飞行状态，并且具备抗高温环境能力，在高达1400℃的温度环境下仍具有吸波性能。图2示出了根据本发明优选实施例的雷达隐身用吸波材料的反射率曲线示意图。图中，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为反射率，单位为dB。根据图2可知，雷达隐身用吸波材料在2GHz～12GHz的宽频带范围内的反射率极低，具备非常好的吸波性能。
本发明的雷达隐身用吸波材料可以减小目标隐身后的RCS，减小对方雷达的探测距离，增加其识别难度及延缓其反应时间，为目标采用无源或有源干扰装置提供了基础。此外，由于本发明的雷达隐身用吸波材料体积小质量轻，在一定载荷前提下，目标可携带更多的突防装置。
根据本发明的雷达隐身用吸波材料，可以采用如下的制备方法，包括以下步骤：
制备表面防热吸波层：称取表面防热吸波层的原料，均质、研磨后得到第一预压浆料。为了尽量细化浆料力度，可以采用均质机高速分散处理表面防热吸波层的原料，得到混合均匀的喷涂浆料，然后再将喷涂浆料转移至三辊研磨机研磨两遍，得到第一预压浆料。将第一预压浆料转移至铺设好脱模布的模具中填模，直接进行热压固化、或者常温放置一段时间后再热压固化，例如常温放置30min。固化条件可以根据实际需要进行设置，例如，在80℃至180℃固化2h。固化结束后开模，得到表面防热吸波层。
制备中间防热吸波层：称取中间防热吸波层的原料，均质、研磨后得到第二预压浆料。为了尽量细化浆料力度，可以采用与制备表面防热吸波层的细化方法相同的方法进行细化。将第二预压浆料转移至铺设好脱模布的模具中填模，直接进行热压固化、或者常温放置一段时间后再热压固化，例如常温放置30min。固化条件可以根据实际需要进行设置，例如，可以采用与制备表面防热吸波层的固化方法相同的方法进行固化。固化结束后开模，得到表面防热吸波层。
制备阻抗匹配层：称取阻抗匹配层的原料，均质、研磨后得到第一喷涂浆料；采用单面喷涂的方式将喷涂浆料施工到耐高温空心石英纤维布上，热压固化后得到阻抗匹配层。固化条件可以根据实际需要进行设置，例如，在60℃至150℃固化2h。
制备喷涂表面吸波抑制层的表面吸波抑制层：称取表面吸波抑制层的原料，均质、研磨后得到第二喷涂浆料；使用喷涂方法将第二喷涂浆料施工到金属基底反射层上，直接进行热压固化、或者常温放置一段时间后再热压固化，例如常温放置2h，得到喷涂表面吸波抑制层的金属基底反射层。
制备雷达隐身用吸波材料：将上述制备的阻抗匹配层、中间防热吸波层和表面防热吸波层的表面浸胶，按顺序依次铺设到喷涂表面吸波抑制层的金属基底反射层上，通过热压工艺在模具中成型，得到雷达隐身用吸波材料。热压工艺条件可以设置为：80℃/2h→180℃/2h。
本发明的雷达隐身用吸波材料的制备方法，不仅具备上述雷达隐身用吸波材料的各项优点，而且工艺简单且操作方便，易于实现工业化生产。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (10)

1.一种雷达隐身用吸波材料，其特征在于包括：由下而上依次设置的金属基底反射层、表面吸波抑制层、阻抗匹配层、中间防热吸波层和表面防热吸波层。
2.如权利要求1所述的雷达隐身用吸波材料，其特征在于，表面吸波抑制层的原料组成为：耐高温表面波抑制剂680g、耐高温树脂150g、分散剂0.2g、防沉剂0.4g。
3.如权利要求2所述的雷达隐身用吸波材料，其特征在于，表面吸波抑制层的厚度为0.55mm。
4.如权利要求1所述的雷达隐身用吸波材料，其特征在于，阻抗匹配层的原料组成为：炭黑12g、耐高温树脂130g、分散剂0.6g、防沉剂0.2g。
5.如权利要求4所述的雷达隐身用吸波材料，其特征在于，阻抗匹配层的厚度为0.10mm。
6.如权利要求1所述的雷达隐身用吸波材料，其特征在于，中间防热吸波层的原料组成为：B型耐高温吸波材料37g、高硅氧纤维430g、耐高温树脂170g；所述B型耐高温吸波材料为磁性损耗体系材料。
7.如权利要求6所述的雷达隐身用吸波材料，其特征在于，中间防热吸波层的厚度为7mm。
8.如权利要求6所述的雷达隐身用吸波材料，其特征在于，表面防热吸波层的原料组成为：A型耐高温吸波材料20g、高硅氧纤维410g、耐高温树脂190g；所述A型耐高温吸波材料为磁性损耗体系材料，并且所述A型耐高温吸波材料中磁性组分的浓度大于所述B型耐高温吸波材料中磁性组分的浓度。
9.如权利要求8所述的雷达隐身用吸波材料，其特征在于，表面防热吸波层的厚度为9mm。
10.如权利要求1-7任一所述的雷达隐身用吸波材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
制备表面防热吸波层：称取表面防热吸波层的原料，均质、研磨后得到第一预压浆料；将第一预压浆料转移至铺设好脱模布的模具中填模，并热压固化，开模后得到表面防热吸波层；
制备中间防热吸波层：称取中间防热吸波层的原料，均质、研磨后得到第二预压浆料；将第二预压浆料转移至铺设好脱模布的模具中填模，并热压固化，开模后得到表面防热吸波层；
制备阻抗匹配层：称取阻抗匹配层的原料，均质、研磨后得到第一喷涂浆料；采用单面喷涂的方式将喷涂浆料施工到耐高温空心石英纤维布上，热压固化后得到阻抗匹配层；
制备喷涂表面吸波抑制层的表面吸波抑制层：称取表面吸波抑制层的原料，均质、研磨后得到第二喷涂浆料；使用喷涂方法将第二喷涂浆料施工到金属基底反射层上，得到喷涂表面吸波抑制层的金属基底反射层；
制备雷达隐身用吸波材料：将上述制备的阻抗匹配层、中间防热吸波层和表面防热吸波层的表面浸胶，按顺序依次铺设到喷涂表面吸波抑制层的金属基底反射层上，通过热压工艺在模具中成型，得到雷达隐身用吸波材料。
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