CN106382854B - 一种可见光与红外兼容伪装材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可见光与红外兼容伪装材料，为层状结构，从下至上依次包括衬底、红外低发射率层和氧化物薄膜层；所述氧化物薄膜层为Cr2O3薄膜。本发明的制备方法，包括以下步骤：(1)在衬底上通过射频磁控溅射方法制备红外低发射率层；(2)在所述红外低发射层的表面通过射频磁控溅射方法制备Cr2O3薄膜，完成可见光与红外兼容伪装材料的制备。本发明的可见光与红外伪装材料中的氧化物薄膜颜色可调控，不仅具有绿色，而且其他多种色彩，能适应不同条件下的伪装要求。

Description

一种可见光与红外兼容伪装材料及其制备方法
技术领域
本发明属于隐身材料领域，尤其涉及一种可见光与红外兼容伪装材料及其制备方法。
背景技术
现代战争中，随着探测器的不断发展，单一波段的伪装材料难以满足现代化战争的需求，实现可见光与红外等多波段兼容伪装是伪装技术发展的必然趋势。
可见光与红外伪装材料指的是同时具有可见光和红外两种伪装性能的伪装材料。一方面，它要具有不同的颜色，可以利用自身颜色特征减少目标与背景之间的亮度、色彩和运动的对比特征等，达到对目标视觉信号的控制，以此来降低可见光探测系统发现目标的概率；另一方面，它要具有较低的红外发射率，通过红外发射率的不同来控制目标与背景之间红外辐射的差别，形成热迷彩，使红外探测与成像系统不能够识别目标的性质特征，从而实现红外伪装的目的。
目前对可见光与红外伪装材料的报道还不是很多，从现有技术来看，目前研究者通常从两个方面进行研究：一是低红外发射率的着色颜料；二是向彩色涂料中添加低红外发射率的填料。就目前的情况而言，进行低发射的着色颜料分子设计难度很大，到目前为止，真正靠合成新的分子或改变分子结构得到的彩色颜料还极少。当前阶段，可见光与红外兼容伪装材料的研究主要集中在伪装涂料上，通过在一般色彩涂料中加入低发射率填料，以期望使得涂料的发射率显著降低，同时不改变原有可见光与红外伪装性能。但是目前红外隐身涂料的彩色品种仍然较少，没有形成彩色系列；另外红外隐身涂料涂布时，厚度大，导致其重量较大，携带和应用均不方便；红外隐身涂料制成的涂层，其物理机械性能和附着力偏低，难以长期接受紫外线照射和大气腐蚀；并且采用红外隐身涂料的可见光与红外兼容伪装材料的红外发射率较高，在0.6以上，也难以满足军事化材料的要求。
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，提供一种可见光与红外兼容伪装材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种可见光与红外兼容伪装材料，为层状结构，从下至上依次包括衬底、红外低发射率层和氧化物薄膜层；所述氧化物薄膜层为Cr2O3薄膜。
上述的可见光与红外兼容伪装材料，优选的，所述Cr2O3薄膜的厚度为100nm～1μm。进一步优选的，Cr2O3薄膜的厚度为100～600nm。由于薄膜干涉的作用，不同厚度的Cr2O3薄膜在可见光波段会产生不同的反射率曲线，不同的可见光波段的反射率曲线会对应不同的颜色，具体如图1所示。
上述的可见光与红外兼容伪装材料，优选的，所述红外低发射率层选自Au薄膜、Ag薄膜和Al薄膜中的任一种。
上述的可见光与红外兼容伪装材料，优选的，所述红外低发射率层的厚度为100nm～2μm。
作为一个总的发明构思，本发明提供一种上述的可见光与红外兼容伪装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在衬底上通过射频磁控溅射方法制备红外低发射率层；
(2)在所述红外低发射层的表面通过射频磁控溅射方法制备Cr2O3薄膜，完成可见光与红外兼容伪装材料的制备。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，射频磁控溅射工艺参数为：以Al靶、Ag靶或Au靶为溅射靶材，本底真空为2×10-8～5×10-6Torr，溅射温度为25℃～100℃，溅射压力为2mTorr～7mTorr，溅射功率为50W～300W。采用该工艺制备的红外低发射率层表面光滑、平整，红外反射率在95％以上。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，射频磁控溅射的工艺参数为：以Cr2O3靶为溅射靶材，本底真空为2×10-8～5×10-6Torr，溅射温度为470℃～800℃，溅射压力为2mTorr～7mTorr，溅射功率为50W～300W。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的可见光与红外伪装材料中的氧化物薄膜颜色可调控，不仅具有绿色，而且其他多种色彩，能适应不同条件下的伪装要求，如沙漠条件下的土黄色等。
(2)本发明的可见光与红外伪装材料可以实现可见光与红外的兼容伪装效果，当Cr2O3薄膜显示绿色时，双层薄膜在3～5μm和8～14μm的红外发射率分别为0.19和0.05，具有优异的伪装性能，在目视条件下，薄膜结构显示绿色，具有与背景相同或相近的颜色，具备良好的可见光伪装效果，同时该薄膜具有较低的红外发射率，降低了目标被红外探测器探测到的概率。
(3)本发明的可见光与红外伪装材料不仅波段宽，而且发射率很小，通过对该可见光与红外兼容伪装材料的红外反射率曲线进行积分计算，可以得到该材料在3～5μm波段，红外发射率平均为0.19；在8～14μm波段，红外发射率平均为0.05。
(4)本发明的制备方法通过对磁控溅射工艺参数的控制，可以制备出致密、平整的多层薄膜结构，保证薄膜具有良好的红外特性；而且制备的薄膜与基底材料具有良好的附着力，不易剥落，保证薄膜优异的耐用性；同时采用磁控溅射方法制备的薄膜厚度可以控制在微米以下，保证材料的重量轻，易于携带和使用。
附图说明
图1是本发明的可见光与红外兼容伪装材料中Cr2O3薄膜厚度与可见光颜色对比图。
图2是本发明的可见光与红外兼容伪装材料的结构示意图。
图3是本发明实施例1制备的可见光与红外兼容伪装材料在3～5μm的红外反射率曲线。
图4是本发明实施例1制备的可见光与红外兼容伪装材料在8～14μm的红外反射率曲线。
图5是本发明实施例1制备的可见光与红外兼容伪装材料在可见光波段的反射率曲线。
图6是本发明实施例2制备的可见光与红外兼容伪装材料在3～5μm的红外反射率曲线。
图7是本发明实施例2制备的可见光与红外兼容伪装材料在8～14μm的红外反射率曲线。
图8是本发明实施例2制备的可见光与红外兼容伪装材料在可见光波段的反射率曲线。
图例说明：1、衬底；2、红外低发射率层；3、氧化物薄膜层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1：
一种本发明的可见光与红外兼容伪装材料，为层状结构，如图2所示，从下至上依次为衬底1(Si片)、红外低发射率层2和氧化物薄膜层3构成，其中红外低发射率层2为厚度为160nm的Al薄膜，氧化物薄膜层3为厚度为300nm的Cr2O3薄膜。
本实施例的可见光与红外兼容伪装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在Si衬底上通过射频磁控溅射方法制备一层厚度为160nm的Al薄膜作为红外低发射率层，其中射频磁控溅射工艺条件为：以Al靶为溅射靶材，本底真空为7×10-8Torr，溅射温度为室温，溅射压力为5mTorr，溅射功率为150W；
(2)在红外低发射率层(Al薄膜)上通过射频磁控溅射方法制备一层厚度为300nm的Cr2O3薄膜，完成可见光与红外兼容伪装材料的制备，其中射频磁控溅射工艺条件为：以Cr2O3靶为溅射靶材，本地真空为7×10-8Torr，溅射温度为600℃，溅射压力为4mTorr，溅射功率为180W。
利用红外光谱仪对本实施例制备的可见光与红外兼容伪装材料进行红外光谱测试，如图3和图4所示，由图可以看出，该可见光与红外兼容伪装材料在3～5μm和8～14μm波段的红外反射率分别为0.86和0.95。本实施例制备的可见光与红外兼容伪装材料在可见光波段的反射率曲线如图5所示，通过对曲线进行积分计算，得到该材料在3～5μm和8～14μm波段的红外发射率分别为0.14和0.05。本实施例中的Cr2O3薄膜的附着力等级在1级和2级之间，附着力良好。
本实施例制备的可见光与红外兼容伪装材料的可见光颜色呈土黄色颜色，与图1的显示相同。
实施例2：
一种本发明的可见光与红外兼容伪装材料，为层状结构，如图2所示，从下至上依次为衬底1(Si片)、红外低发射率层2和氧化物薄膜层3构成，其中红外低发射率层2为厚度为160nm的Ag薄膜，氧化物薄膜层3为厚度为400nm的Cr2O3薄膜。
本实施例的可见光与红外兼容伪装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在Si衬底上通过射频磁控溅射方法制备一层厚度为160nm的Al薄膜作为红外低发射率层，其中射频磁控溅射工艺条件为：以Al靶为溅射靶材，本底真空为5×10-8Torr，溅射温度为室温，溅射压力为3mTorr，溅射功率为200W；
(2)在红外低发射率层(Ag薄膜)上通过射频磁控溅射方法制备一层厚度为400nm的Cr2O3薄膜，完成可见光与红外兼容伪装材料的制备，其中射频磁控溅射工艺条件为：以Cr2O3靶为溅射靶材，本地真空为5×10-8Torr，溅射温度为500℃，溅射压力为3mTorr，溅射功率为200W。
利用红外光谱仪对本实施例制备的可见光与红外兼容伪装材料进行红外光谱测试，如图6和图7所示，由图可以看出，测得本实施例的可见光与红外兼容伪装材料在3～5μm波段和8～14μm波段的红外反射率分别为0.81和0.95。本实施例制备的可见光与红外兼容伪装材料在可见光波段的反射率曲线如图8所示，通过对曲线进行积分计算得到该材料在3～5μm和8～14μm波段的红外发射率分别为0.19和0.05.；本实施例中的Cr2O3薄膜的附着力等级在1级和2级之间，附着力很好，并且该可见光与红外兼容伪装材料的重量轻。
本实施例制备的可见光与红外兼容伪装材料的可见光颜色呈绿色颜色，与图1的显示相同。
对比例：
本对比例选用的红外隐身涂料，主要由10～30份氧化铬绿、1～5份纤维素醚、5～30份聚丙烯酸酯、5～20份功能性填料(铝粉、铜粉、银粉)、2～10份调色剂(钛白粉和尖晶石)和10～50份水混合制备而成。
实验测得该红外隐身涂料在3～5μm波段的的红外发射率很高，在0.8以上；8～14μm波段的红外发射率也较高，在0.66～0.78之间，涂层的附着力等级在4级和5级之间，附着力较差。

Claims (2)

1.一种可见光与红外兼容伪装材料的制备方法，其特征在于，所述可见光与红外兼容伪装材料为层状结构，从下至上依次包括衬底、红外低发射率层和氧化物薄膜层；所述氧化物薄膜层为Cr2O3薄膜；所述Cr2O3薄膜的厚度为100nm～1μm；所述红外低发射率层选自Au薄膜、Ag薄膜和Al薄膜中的任一种；所述制备方法包括以下步骤：
(1)在衬底上通过射频磁控溅射方法制备红外低发射率层；射频磁控溅射工艺参数为：以Al靶、Ag靶或Au靶为溅射靶材，本底真空为2×10-8～5×10-6Torr，溅射温度为25℃～100℃，溅射压力为2mTorr～7mTorr，溅射功率为50W～300W；
(2)在所述红外低发射率层的表面通过射频磁控溅射方法制备Cr2O3薄膜，完成可见光与红外兼容伪装材料的制备；射频磁控溅射的工艺参数为：以Cr2O3靶为溅射靶材，本底真空为2×10-8～5×10-6Torr，溅射温度为470℃～800℃，溅射压力为2mTorr～7mTorr，溅射功率为50W～300W。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述红外低发射率层的厚度为100nm～2μm。
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