CN105818453A - 一种蜂窝结构雷达吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种蜂窝结构雷达吸波材料及其制备方法，其中制备方法包括：将蜂窝芯置于稀释后的功能化石墨烯浆料中浸泡，然后进行固化处理，得到第一至第三吸波蜂窝；依次将第一吸波蜂窝、第二吸波蜂窝和第三吸波蜂窝粘结在一起，得到蜂窝结构，然后对蜂窝结构进行固化处理；在蜂窝结构的上表面和下表面分别覆盖一层PMI蒙皮层，然后进行固化处理；在下表面PMI蒙皮层的下方粘结金属基底反射层，然后进行固化处理，得到蜂窝结构雷达吸波材料。本发明的成本低、制备方工艺简单且操作方便、易于实现工业化生产，制得的产品性能可靠，质量稳定，不仅能够使雷达吸波材料具备宽频隐身性能，而且可以作为结构承载件直接应用到需要力学承载的武器装备中。
Description
技术领域
本发明涉及隐身技术领域，尤其涉及一种蜂窝结构雷达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。
随着现代军事技术的迅猛发展，飞机、导弹、舰船、车辆等武器装备的生存能力面临严重威胁，为了提高武器装备的战场突防能力和生存能力，降低目标的辐射或散射特征是未来武器装备隐身的必然发展方向。而在当前战争中，雷达是最普通和最主要的军事探测和制导技术，雷达隐身材料在多功能隐身材料的研制中开展最早、报道最多，是隐身材料的一个研究热点。
目前，针对雷达的隐身技术途径主要是利用雷达吸波材料对雷达波进行吸收或是减少对它的反射。所以各国普遍重视对吸波材料的研究与开发，它的发展及使用对未来战争的胜败将意义重大。蜂窝结构吸波材料吸收频带宽、吸收性能强、结构密度小，而且与其它材料复合后具有一定的强度和刚度，因此在军用或民用领域获得广泛应用。
以军事强国美国典型隐身战机为例，B-2隐身战略轰炸机外表面除了涂覆有一种具有不同厚度的韧性隐身涂层外，还大量采用了吸波复合材料，机身和机翼蒙皮是一种蜂窝型雷达吸波结构，非金属蜂窝芯浸渍含有碳粉或其他吸波物质的树脂，威胁来波首先被具有损耗性能的芯格薄壁部分吸收，剩余的电磁波能量经过蜂格薄壁多次反射吸收因而又展宽了吸收频带。F-22是是美国洛克希德、马丁与波音公司为美国空军研制的21世纪初主力重型战斗机，在美国空军武器装备发展中占有最优先的地位。F-22的隐身性能是采用了更先进、更成熟的隐身材料技术：大量采用了复合材料结构，复合材料占整个结构重量的26％，其中机翼部位就很有可能使用蜂窝型吸波结构。这些蜂窝结构吸波材料技术先进，工程化程度高，应用之后可显著降低目标雷达散射特征，还具备一定的力学承载能力，且适合不同武器装备，非常值得我们学习与借鉴。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蜂窝结构雷达吸波材料及其制备方法，使雷达吸波材料具备宽频隐身性能，以满足未来武器装备的研制及生产对隐身性能的需求。
根据本发明的一个方面，提供了一种蜂窝结构雷达吸波材料的制备方法，包括：
S1、将蜂窝芯置于稀释后的功能化石墨烯浆料中进行浸泡，然后对蜂窝芯进行固化处理，得到第一至第三吸波蜂窝，其中，第一吸波蜂窝的浸泡时间、第二吸波蜂窝的浸泡时间、第三吸波蜂窝的浸泡时间依次递减；
S2、依次将第一吸波蜂窝、第二吸波蜂窝和第三吸波蜂窝粘结在一起，得到蜂窝结构，然后对蜂窝结构进行固化处理；
S3、在固化后的蜂窝结构的上表面和下表面分别覆盖一层PMI蒙皮层，然后进行固化处理；
S4、在下表面PMI蒙皮层的下方粘结金属基底反射层，然后进行固化处理，得到蜂窝结构雷达吸波材料。
优选地，所述功能化石墨烯浆料的制备方法为：称取功能化石墨烯30g、乙炔炭黑15g、耐高温树脂200g、无水乙醇350g、分散剂2.3g、润湿剂1.3g，经均质机高速分散处理，得到混合均匀功能化石墨烯浆料。
优选地，第一至第三吸波蜂窝的制备方法为：将蜂窝芯置于稀释后功能化石墨烯浆料中进行浸泡，每次浸泡2h；浸泡结束后取出蜂窝芯，晾置20～30min；其中，第三吸波蜂窝的浸泡次数最长、第二吸波蜂窝的浸泡次数次之、第一吸波蜂窝的浸泡次数最少。
优选地，第三吸波蜂窝浸泡3次，第二吸波蜂窝浸泡4次，第一吸波蜂窝浸泡5次。
本发明在第二方面提供了本发明第一方面所述的方法制得的蜂窝结构雷达吸波材料。
本发明的方法原料成本低廉、制备方工艺简单且操作方便、易于实现工业化生产，制得的产品性能可靠，质量稳定，不仅能够使雷达吸波材料具备宽频隐身性能，而且可以作为结构承载件直接应用到需要力学承载的武器装备中。
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。
根据本发明的实施例，提供了蜂窝结构雷达吸波材料的制备方法。首先，在步骤S1，将蜂窝芯置于稀释后的功能化石墨烯浆料中进行浸泡，高浓度的浆料可以适当减少浸泡时间，但浆料浓度不宜过高(一般≤20wt％)，否则浆料固化后易出现脱落现象；然后对蜂窝芯进行固化处理，得到第一至第三吸波蜂窝。浸泡时间越长，吸波蜂窝的吸收频率越低，本发明中第三吸波蜂窝的浸泡时间、第二吸波蜂窝的浸泡时间、第一吸波蜂窝的浸泡时间依次减少，从而能够吸收较宽频域范围的雷达波。接下来，在步骤S2，依次将第一吸波蜂窝、第二吸波蜂窝和第三吸波蜂窝粘结在一起，得到蜂窝结构，然后对蜂窝结构进行固化处理。由于第三至第一吸波蜂窝的吸收频率不同，因此电磁波入射到多层蜂窝结构中时，层层渐入，层层衰减。之后，在蜂窝结构的上表面和下表面分别覆盖一层PMI蒙皮层，然后进行固化处理(步骤S3)。最后，在步骤S4，在下表面PMI蒙皮层的下方粘结金属基底反射层，然后进行固化处理，得到蜂窝结构雷达吸波材料。本发明中的PMI是指聚甲基丙烯胺酰亚胺。
如图1所示，本发明的蜂窝结构雷达吸波材料从下到上依次包括：金属基底反射层1，蜂窝结构下表面的PMI蒙皮层2，第一吸波蜂窝3，第二吸波蜂窝4，第三吸波蜂窝5和蜂窝结构上表面的PMI蒙皮层6。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，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，本发明的蜂窝结构雷达吸波材料既能应对镜面散射、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。
以功能化石墨烯作为吸收剂浸泡蜂窝芯，能够使蜂窝结构雷达吸波材料具备宽频隐身性能，有效吸收带宽涵盖S波段、C波段、X波段、Ku波段，可对抗典型探测雷达对装备造成的威胁。具体地，在浸泡蜂窝芯之前，首先以功能化石墨烯为原料制备功能化石墨烯浆料。在本发明的一些实施例中，功能化石墨烯浆料的制备方法为：称取功能化石墨烯30g、乙炔炭黑15g、耐高温树脂200g、无水乙醇350g、分散剂2.3g、润湿剂1.3g，经均质机高速分散处理，得到混合均匀功能化石墨烯浆料。本实施例中制备功能化石墨烯浆料的原料的来源广泛、成本低廉，在保证隐身效果的同时，还能显著降低制备蜂窝结构雷达吸波材料的成本。同时，丰富的原料来源也利于产品性能和质量的稳定，提高制得的蜂窝结构雷达吸波材料的隐身可靠性。
蜂窝结构的吸波材料一般是以纸蜂窝或芳纶蜂窝芯为基体材料，在蜂窝壁上浸渍特定种类的吸收剂，待吸收剂浆料固化粘接在蜂窝壁后，再在蜂窝芯上下表面覆盖玻璃钢蒙皮以增加结构强度。在本发明的一些实施例中，第一至第三吸波蜂窝的制备方法为：将蜂窝芯置于稀释后功能化石墨烯浆料中进行浸泡，每次浸泡2h；浸泡结束后取出蜂窝芯，晾置20～30min；其中，第一吸波蜂窝的浸泡时间最长、第二吸波蜂窝的浸泡时间次之、第三吸波蜂窝的浸泡时间最少。采用这种方法制备第一至第三吸波蜂窝，工艺简单且操作方便，易于实现工业化生产。
用于浸泡蜂窝芯的功能化石墨烯浆料的浓度远大、蜂窝芯的浸泡时间越长，所得吸波蜂窝的吸收频率越小。本发明中，为了使蜂窝结构雷达吸波材料具有宽频隐身性能，设置三层吸波蜂窝，并且各层吸波蜂窝的吸收频率互不相同，即浸泡时间互不相同。各层吸波蜂窝的吸收频率互不相同，阻抗值也不相同，通过梯度排列的阻抗值，能够增加阻抗匹配水平与电磁波损耗能力，提高雷达吸波材料的隐身性能。
第一至第三吸波蜂窝的浸泡时间差距越大，即第一至第三吸波蜂窝的吸收频率差距越大，所得雷达吸波材料的隐身频域越宽，但是在相邻两个吸收频率之间的频率范围内的隐身性能稳定性会降低；第一至第三吸波蜂窝的浸泡时间差距越小，即第一至第三吸波蜂窝的吸收频率差距越小，在相邻两个吸收频率之间的频率范围内的隐身性能稳定性会越好，但是所得雷达吸波材料的隐身频域越窄，为了达到较宽频域的隐身效果，需要增加吸波蜂窝的层数、或者雷达吸波材料其他层的厚度，不利于减小雷达吸波材料的体积和重量。在本发明的一些实施例中，第三吸波蜂窝浸泡3次，第二吸波蜂窝浸泡4次，第一吸波蜂窝浸泡5次。与其他相邻两个吸波蜂窝的浸泡时间差相比，在本实施例中，采用2h浸泡时间差能够显著增加阻抗匹配水平与电磁波损耗能力，提高雷达吸波材料的隐身性能。
本发明制备雷达吸波材料的过程中，每一步均需要进行固化处理，以保证材料吸波性能的稳定。固化工艺的参数可以根据实际情况进行选择，例如：步骤S1中固化处理的工艺条件为：采用烘箱进行固化处理，固化温度为160℃，时间为2h；和/或步骤S2中固化处理的工艺条件为：采用烘箱进行固化处理，固化温度为120℃，时间为1h；和/或步骤S3中固化处理的工艺条件为：采用烘箱进行固化处理，固化温度为120℃，时间为1h；和/或步骤S4中的固化处理的工艺条件为：采用烘箱进行固化处理，固化温度为160℃，时间为2h。
将吸波材料的各层结构粘结在一起时，可以采用高温胶粘结，以提高雷达吸波材料的高温适应性。为了提高粘结效果，进行固化处理之前可以进一步包括：将蜂窝结构在常温下晾置30min。
根据本发明的一个优选实施例，雷达吸波材料的制备方法为：
配制功能化石墨烯浆料：称取功能化石墨烯30g、乙炔炭黑15g、耐高温树脂200g、无水乙醇350g、分散剂2.3g、润湿剂1.3g，经均质机高速分散处理，得到混合均匀功能化石墨烯浆料；
蜂窝芯浸渍功能化石墨烯浆料：取石墨烯浆料150g，加溶剂稀释后注入600mm×600mm×500mm的不锈钢液槽，将蜂窝芯浸入石墨烯浆料中浸泡2h，用细铁丝勾住住蜂窝两个角提起，放到工装架上晾置20～30min，反复浸渍、称重,直至达到所需的浸泡时间，其中，第三吸波蜂窝浸泡3次，第二吸波蜂窝浸泡4次，第一吸波蜂窝浸泡5次；最后，将浸渍功能化石墨烯浆料后的蜂窝芯放入烘箱内进行固化处理,固化工艺条件为160℃下保持2h；
粘接3层蜂窝结构：使用耐高温胶粘接将第一至第三吸波蜂窝，常温下凉置30min后固化，固化工艺条件为120℃下保持1h；
粘接蜂窝上下表面的PMI蒙皮：将PMI蒙皮覆盖在成型后的蜂窝上下表面，使用耐高温胶粘接，常温下凉置30min后固化，固化工艺条件为120℃下保持1h；
粘接金属基底反射层：将金属基底反射层贴敷在蜂窝下蒙皮，使用耐高温胶粘接，常温条件下凉置30min后固化，固化工艺条件为120℃下保持1h，最终得到蜂窝结构雷达吸波材料。
根据本实施例得到的雷达隐身用吸波材料，产品性能可靠，质量稳定，不仅能够显著降低目标隐身后的RCS，而且可以作为结构承载件直接应用到需要力学承载的武器装备中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。图2示出了本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。
本发明采用蜂窝结构吸波材料，应用灵活，一体化成型后，可适用于飞机、导弹、舰船、车辆等武器装备隐身设计或隐身改造。采用本发明的制备方法制得的雷达吸波材料，具备上述制备方法的各项优点。
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)
1.一种蜂窝结构雷达吸波材料的制备方法，其特征在于包括：
S1、将蜂窝芯置于稀释后的功能化石墨烯浆料中进行浸泡，然后对蜂窝芯进行固化处理，得到第一至第三吸波蜂窝，其中，第一吸波蜂窝的浸泡时间、第二吸波蜂窝的浸泡时间、第三吸波蜂窝的浸泡时间依次递减；
S2、依次将第一吸波蜂窝、第二吸波蜂窝和第三吸波蜂窝粘结在一起，得到蜂窝结构，然后对蜂窝结构进行固化处理；
S3、在固化后的蜂窝结构的上表面和下表面分别覆盖一层PMI蒙皮层，然后进行固化处理；
S4、在下表面PMI蒙皮层的下方粘结金属基底反射层，然后进行固化处理，得到蜂窝结构雷达吸波材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能化石墨烯浆料的制备方法为：称取功能化石墨烯30g、乙炔炭黑15g、耐高温树脂200g、无水乙醇350g、分散剂2.3g、润湿剂1.3g，经均质机高速分散处理，得到混合均匀功能化石墨烯浆料。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，第一至第三吸波蜂窝的制备方法为：
将蜂窝芯置于稀释后功能化石墨烯浆料中进行浸泡，每次浸泡2h；浸泡结束后取出蜂窝芯，晾置20～30min；其中，第三吸波蜂窝的浸泡次数最长、第二吸波蜂窝的浸泡次数次之、第一吸波蜂窝的浸泡次数最少。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，第三吸波蜂窝浸泡3次，第二吸波蜂窝浸泡4次，第一吸波蜂窝浸泡5次。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中固化处理的工艺条件为：采用烘箱进行固化处理，固化温度为160℃，时间为2h。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中固化处理的工艺条件为：采用烘箱进行固化处理，固化温度为120℃，时间为1h。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，进行固化处理之前进一步包括：将蜂窝结构在常温下晾置30min。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中固化处理的工艺条件为：采用烘箱进行固化处理，固化温度为120℃，时间为1h。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中的固化处理的工艺条件为：采用烘箱进行固化处理，固化温度为160℃，时间为2h。
10.如权利要求1-9任一所述的制备方法得到的蜂窝结构雷达吸波材料。
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