CN109440053B - 一种雷达吸波涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种雷达吸波涂层材料，包括热匹配层和吸波涂层，吸波涂层喷涂在热匹配层上，热匹配层喷涂在喷砂处理后的金属基底上。还提供了上述材料的制备方法，该方法为：将碳化钨和氧化铝球磨，喷雾造粒制成WC/Al2O3混合球形粉，用SiC颗粒对清洗、烘干后的金属基底喷砂处理后，喷涂圆形NiCrAl颗粒，得到热匹配层，再喷涂WC/Al2O3混合球形粉得到雷达吸波涂层材料。本发明能调节雷达吸波涂层材料中吸波涂层中的碳化钨的质量百分含量，WC/Al2O3混合球形粉流动性好，利于喷雾，用SiC颗粒对金属基底进行喷砂处理能增加附着力强和抗腐蚀性，本发明的雷达吸波涂层材料内应力小、厚度薄、频段宽、x波段吸波性能良好，吸收能力强、损耗强、抗腐蚀和耐磨损强，不易变色和粉化。

Description

一种雷达吸波涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸波涂层材料技术领域，具体涉及一种雷达吸波涂层材料及其制备方法。
背景技术
电磁吸收剂在吸波材料中起了决定性的作用，电磁吸收剂主要有三种类型：磁吸收剂、电导吸收剂和介电吸收剂。但是磁吸收剂在高温下磁性消失，电导吸收剂和介电吸收剂损耗小、吸收能力差，因此有必要研制一种新型的吸波材料。
涂覆型雷达吸波材料是隐身手段的重要组成部分，涂覆型雷达吸波材料具有施工方便、吸波性能好、不易影响装备的原有状态等优点，在隐身装备的表面涂覆中广泛使用。同时最理想的吸波材料具有厚度薄、宽频段、强吸收、轻质等特点。目前，传统的吸波材料厚度较厚且阻抗匹配不佳，导致吸收强度小，直接影响了装备性能。在装备使用过程中，在外部复杂的环境下，吸波材料容易出现变色、粉化、起层、开裂和附着力下降等问题，甚至会出现损坏和脱落，这些都会造成吸波材料使用性能下降，从而制约吸波材料的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种雷达吸波涂层材料及其制备方法，该发明能调节雷达吸波涂层材料中吸波涂层中的碳化钨的质量百分含量，利用喷雾造粒技术制备出球形颗粒状的WC/Al2O3混合球形粉，流动性好，利于喷雾，金属基底进行喷砂处理能增加附着力强，本发明的雷达吸波涂层材料内应力小、厚度薄、频段宽、x波段吸波性能良好，吸收能力强、损耗强、抗腐蚀和耐磨损强，不易变色和粉化。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种雷达吸波涂层材料，其特征在于，包括热匹配层和吸波涂层，吸波涂层喷涂在热匹配层上，热匹配层喷涂在喷砂处理后的金属基底上；所述热匹配层由球形NiCrAl颗粒制成，所述吸波涂层由WC/Al2O3混合球形粉制成，WC/Al2O3混合球形粉中碳化钨的质量分数为10％～50％，余量为氧化铝。
优选地，所述热匹配层的厚度为0.05mm～0.2mm，雷达吸波涂层材料的厚度为1.1mm～1.5mm。
本发明还提供了一种制备上述的雷达吸波涂层材料的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备WC/Al2O3混合粉末：将碳化钨和氧化铝混合得到金属混合物，将金属混合物和酒精溶液置于研磨机中球磨，混合均匀后，在室温下自然风干10h～48h，得到WC/Al2O3混合粉末；
步骤二、制备WC/Al2O3混合球形粉：将步骤一中得到的WC/Al2O3混合粉末与PVA胶混合均匀，得到悬浮溶液，用喷雾造粒机将悬浮溶液制备成WC/Al2O3混合球形粉；
步骤三、金属基底喷砂处理：将金属基底浸泡在丙酮和酒精混合液中清洗1h～4h，然后在温度为100℃～150℃的条件下烘干1h～2h后，置于喷砂机中，利用SiC颗粒对烘干后的金属基底进行喷砂处理；
步骤四、制备热匹配层：在步骤三中喷砂处理后的金属基底上大气等离子喷涂球形NiCrAl颗粒，得到热匹配层；
步骤五、雷达吸波涂层材料的制备：在步骤四中的热匹配层上大气等离子喷涂步骤二中得到的WC/Al2O3混合球形粉，得到雷达吸波涂层材料。
优选地，步骤一所述酒精溶液中蒸馏水和酒精的体积比为1：(1～1.5)，所述金属混合物和酒精溶液的质量比为1：(0.2～1)；球磨的转速120r/min～240r/min，球磨的时间为10h～24h。
优选地，步骤二所述悬浮溶液中的WC/Al2O3混合粉末的质量百分含量为30％～70％，所述喷雾造粒机的喷雾造粒入口温度为120℃～260℃，出口温度为70℃～140℃，转速频率为20Hz～70Hz，所述WC/Al2O3混合球形粉的粒径为10μm～100μm。
优选地，步骤三所述丙酮和酒精混合液中丙酮和酒精的体积比为(0.5～1)：1；所述SiC颗粒的粒径为80μm～300μm；喷砂处理的喷砂压力为0.6MPa～1.0MPa，喷砂处理的时间为5min～25min。
优选地，步骤四和步骤五中大气等离子喷涂的喷涂功率均为20kW～45kW，送粉量均为20g/min～60g/min；步骤四所述球形NiCrAl颗粒的粒径为15μm～45μm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明雷达吸波涂层材料,以碳化钨为吸波媒介，氧化铝为基体,能调节雷达吸波涂层材料中吸波涂层中的碳化钨的质量百分含量，得到厚度薄、在x波段吸波性能较好的雷达吸波涂层材料。本发明的雷达吸波涂层材料包括热匹配层和吸波涂层，拓宽了雷达电磁吸波材料的工作频带，使本发明制备的雷达吸波涂层材料具有频段宽的优点，x波段吸波性能良好。
2、本发明利用喷雾造粒技术将改变碳化钨和氧化铝原始粉末的颗粒特性，制备出流动性好的球形颗粒状的WC/Al2O3混合球形粉，吸波涂层的材料为粒径为10μm～100μm的WC/Al2O3混合球形粉，热匹配层的材料为粒径范围为15μm～45μm的球形NiCrAl颗粒，本发明用大气等离子喷涂技术喷涂微WC/Al2O3混合球形粉得到吸波涂层，喷涂球形NiCrAl颗粒米级球形结构得到热匹配层，大气等离子喷涂能够控制吸波涂层和热匹配层的厚度，喷涂的物质分布均匀，使得本发明的雷达吸波涂层材料内应力小，同时增大了喷涂物质的比表面积，球形NiCrAl颗粒和WC/Al2O3混合球形粉的球形结构流动相好，利于喷雾，本发明制备的雷达吸波涂层材料具有厚度薄且吸波性能好的优点，本发明的雷达吸波涂层材料在x波段，反射率低于-5dB的带宽超过2.5GHz，反射率低于-10dB的带宽超过1.5GHz，拓宽了吸收频带；通过合理调节碳化钨与氧化铝的质量比，一方面使得吸波涂层与空间阻抗尽可能匹配，另一方面利用吸波涂层的电导损耗增强雷达吸波涂层材料的吸收强度。
3、本发明中用SiC颗粒对烘干后的金属基底进行喷砂处理，SiC颗粒附着在金属基底上，使得金属基底的表面粗糙，增加了热匹配层与反射层的结合强度，且SiC颗粒使本发明的雷达吸波涂层材料耐磨损性强，热匹配层的材料为球形NiCrAl颗粒，微米级球形结构增加了吸波涂层与反射层的结合强度，吸波涂层的材料为WC/Al2O3混合球形粉，本发明制备的雷达吸波涂层材料不易起层和开裂、附着力强，且热匹配层为金属材质，吸波涂层的吸波剂为碳化钨，具有抗腐蚀和耐磨损强，不易变色和粉化的优点。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的厚度为1.1mm雷达吸波涂层材料进行吸波反射率测试图。
图2是本发明的厚度为1.2mm雷达吸波涂层材料进行吸波反射率测试图。
图3是本发明的厚度为1.5mm雷达吸波涂层材料进行吸波反射率测试图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的雷达吸波涂层材料，包括热匹配层和吸波涂层，吸波涂层喷涂在热匹配层上，热匹配层喷涂在喷砂处理后的金属基底上；所述热匹配层的厚度为0.05mm，由球形NiCrAl颗粒制成，所述吸波涂层由WC/Al2O3混合球形粉制成，WC/Al2O3混合球形粉中碳化钨的质量分数为50％，余量为氧化铝；雷达吸波涂层材料的厚度为1.1mm。
本实施例还提供了制备上述的雷达吸波涂层材料的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备WC/Al2O3混合粉末：将纯度为99.9％的碳化钨和纯度为99.9％的氧化铝混合得到金属混合物，将金属混合物和酒精溶液置于研磨机中球磨、混合均匀后，在室温下自然风干29h，得到WC/Al2O3混合粉末；所述酒精溶液中蒸馏水和酒精的体积比为1：1.5，所述金属混合物和酒精溶液的质量比为1：0.6；球磨的转速200r/min，球磨的时间为20h；
步骤二、制备WC/Al2O3混合球形粉：将步骤一中得到的WC/Al2O3混合粉末与PVA胶混合均匀，得到悬浮溶液，用喷雾造粒机将悬浮溶液制备成WC/Al2O3混合球形粉；所述悬浮溶液中的WC/Al2O3混合粉末的质量百分含量为50％，所述喷雾造粒机的喷雾造粒入口温度为200℃，出口温度为80℃，转速频率为45Hz，所述WC/Al2O3混合球形粉的粒径为10μm～100μm；
步骤三、金属基底喷砂处理：选取镍基合金板(Gh3128)作为金属基底，将金属基底浸泡在丙酮和酒精混合液中,用超声清洗仪清除金属基底上的油污和杂质，清洗2.5h，然后在温度为100℃的条件下烘干2h后，置于喷砂机中，利用SiC颗粒对烘干后的金属基底进行喷砂处理；所述丙酮和酒精混合液中丙酮和酒精的体积比为0.75：1；所述SiC颗粒的粒径范围为80μm～300μm；喷砂处理的喷砂压力为0.6MPa，喷砂处理的时间为25min；
步骤四、制备热匹配层：在步骤三中喷砂处理后的金属基底上大气等离子喷涂球形NiCrAl颗粒，得到热匹配层；大气等离子喷涂的喷涂功率均为32kW，送粉量均为40g/min；所述球形NiCrAl颗粒的粒径为15μm～45μm；
步骤五、雷达吸波涂层材料的制备：在步骤四中的热匹配层上大气等离子喷涂步骤二中得到的WC/Al2O3混合球形粉，得到雷达吸波涂层材料；大气等离子喷涂的喷涂功率均为32kW，送粉量均为40g/min。
对本实施例制备得到的厚度为1.1mm雷达吸波涂层材料进行吸波反射率测试，测试结果如图1所示，在x波段，厚度仅为1.1mm时，反射率低于-5dB的带宽超过2.5GHz，反射率低于-10dB的带宽超过1.5GHz。
本发明雷达吸波涂层材料,以碳化钨为吸波媒介，氧化铝为基体,能调节雷达吸波涂层材料中吸波涂层中的碳化钨的质量百分含量，得到厚度薄、在x波段吸波性能较好的雷达吸波涂层材料。本发明的雷达吸波涂层材料包括热匹配层和吸波涂层，拓宽了雷达电磁吸波材料的工作频带，使本发明制备的雷达吸波涂层材料具有频段宽的优点，x波段吸波性能良好。
本发明利用喷雾造粒技术将改变碳化钨和氧化铝原始粉末的颗粒特性，制备出流动性好的球形颗粒状的WC/Al2O3混合球形粉，吸波涂层的材料为粒径为10μm～100μm的WC/Al2O3混合球形粉，热匹配层的材料为粒径范围为15μm～45μm的球形NiCrAl颗粒，本发明用大气等离子喷涂技术喷涂微WC/Al2O3混合球形粉得到吸波涂层，喷涂球形NiCrAl颗粒米级球形结构得到热匹配层，大气等离子喷涂能够控制吸波涂层和热匹配层的厚度，喷涂的物质分布均匀，使得本发明的雷达吸波涂层材料内应力小，同时增大了喷涂物质的比表面积，球形NiCrAl颗粒和WC/Al2O3混合球形粉的球形结构流动相好，利于喷雾，本发明制备的雷达吸波涂层材料具有厚度薄且吸波性能好的优点，拓宽了吸收频带；通过合理调节碳化钨与氧化铝的质量比，一方面使得吸波涂层与空间阻抗尽可能匹配，另一方面利用吸波涂层的电导损耗增强雷达吸波涂层材料的吸收强度。
本发明中用SiC颗粒对烘干后的金属基底进行喷砂处理，SiC颗粒附着在金属基底上，使得金属基底的表面粗糙，增加了热匹配层与反射层的结合强度，且SiC颗粒使本发明的雷达吸波涂层材料耐磨损性强，热匹配层的材料为球形NiCrAl颗粒，微米级球形结构增加了吸波涂层与反射层的结合强度，吸波涂层的材料为WC/Al2O3混合球形粉，本发明制备的雷达吸波涂层材料不易起层和开裂、附着力强，且热匹配层为金属材质，吸波涂层的吸波剂为碳化钨，具有抗腐蚀和耐磨损强，不易变色和粉化的优点。
实施例2
本实施例的雷达吸波涂层材料，包括热匹配层和吸波涂层，吸波涂层喷涂在热匹配层上，热匹配层喷涂在喷砂处理后的金属基底上；所述热匹配层的厚度为0.2mm，由球形NiCrAl颗粒制成，所述吸波涂层由WC/Al2O3混合球形粉制成，WC/Al2O3混合球形粉中碳化钨的质量分数为30％，余量为氧化铝；雷达吸波涂层材料的厚度为1.2mm。
本实施例还提供了制备上述的雷达吸波涂层材料的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备WC/Al2O3混合粉末：将纯度为99.9％的碳化钨和纯度为99.9％的氧化铝混合得到金属混合物，将金属混合物和酒精溶液置于研磨机中球磨、混合均匀后，在室温下自然风干10h，得到WC/Al2O3混合粉末；所述酒精溶液中蒸馏水和酒精的体积比为1：1，所述金属混合物和酒精溶液的质量比为1：1；球磨的转速120r/min，球磨的时间为24h；
步骤二、制备WC/Al2O3混合球形粉：将步骤一中得到的WC/Al2O3混合粉末与PVA胶混合均匀，得到悬浮溶液，用喷雾造粒机将悬浮溶液制备成WC/Al2O3混合球形粉；所述悬浮溶液中的WC/Al2O3混合粉末的质量百分含量为30％，所述喷雾造粒机的喷雾造粒入口温度为260℃，出口温度为140℃，转速频率为20Hz，所述WC/Al2O3混合球形粉的粒径为10μm～100μm；
步骤三、金属基底喷砂处理：选取镍基合金板(Gh3128)作为金属基底，将金属基底浸泡在丙酮和酒精混合液中,用超声清洗仪清除金属基底上的油污和杂质，清洗4h，然后在温度为150℃的条件下烘干1h后，置于喷砂机中，利用SiC颗粒对烘干后的金属基底进行喷砂处理；所述丙酮和酒精混合液中丙酮和酒精的体积比为0.5：1；所述SiC颗粒的粒径范围为80μm～300μm；喷砂处理的喷砂压力为0.8MPa，喷砂处理的时间为15min；
步骤四、制备热匹配层：在步骤三中喷砂处理后的金属基底上大气等离子喷涂球形NiCrAl颗粒，得到热匹配层；大气等离子喷涂的喷涂功率均为20kW，送粉量均为20g/min；所述球形NiCrAl颗粒的粒径为15μm～45μm；
步骤五、雷达吸波涂层材料的制备：在步骤四中的热匹配层上大气等离子喷涂步骤二中得到的WC/Al2O3混合球形粉，得到雷达吸波涂层材料；大气等离子喷涂的喷涂功率均为20kW，送粉量均为20g/min。
对本实施例制备得到的厚度为1.2mm雷达吸波涂层材料进行吸波反射率测试，测试结果如图2所示，在x波段，厚度仅为1.2mm时，反射率低于-5dB的带宽超过3GHz，反射率低于-10dB的带宽超过1.5GHz。
实施例3
本实施例的雷达吸波涂层材料，包括热匹配层和吸波涂层，吸波涂层喷涂在热匹配层上，热匹配层喷涂在喷砂处理后的金属基底上；所述热匹配层的厚度为0.125mm，由球形NiCrAl颗粒制成，所述吸波涂层由WC/Al2O3混合球形粉制成，WC/Al2O3混合球形粉中碳化钨的质量分数为10％，余量为氧化铝；雷达吸波涂层材料的厚度为1.5mm。
本实施例还提供了制备上述的雷达吸波涂层材料的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备WC/Al2O3混合粉末：将纯度为99.9％的碳化钨和纯度为99.9％的氧化铝混合得到金属混合物，将金属混合物和酒精溶液置于研磨机中球磨、混合均匀后，在室温下自然风干48h，得到WC/Al2O3混合粉末；所述酒精溶液中蒸馏水和酒精的体积比为1：1.25，所述金属混合物和酒精溶液的质量比为1：0.2；球磨的转速240r/min，球磨的时间为10h；
步骤二、制备WC/Al2O3混合球形粉：将步骤一中得到的WC/Al2O3混合粉末与PVA胶混合均匀，得到悬浮溶液，用喷雾造粒机将悬浮溶液制备成WC/Al2O3混合球形粉；所述悬浮溶液中的WC/Al2O3混合粉末的质量百分含量为30％，所述喷雾造粒机的喷雾造粒入口温度为120℃，出口温度为70℃，转速频率为70Hz，所述WC/Al2O3混合球形粉的粒径为10μm～100μm；
步骤三、金属基底喷砂处理：选取镍基合金板(Gh3128)作为金属基底，将金属基底浸泡在丙酮和酒精混合液中,用超声清洗仪清除金属基底上的油污和杂质，清洗1h，然后在温度为125℃的条件下烘干1.5h后，置于喷砂机中，利用SiC颗粒对烘干后的金属基底进行喷砂处理；所述丙酮和酒精混合液中丙酮和酒精的体积比为1：1；所述SiC颗粒的粒径范围为80μm～300μm；喷砂处理的喷砂压力为1.0MPa，喷砂处理的时间为5min；
步骤四、制备热匹配层：在步骤三中喷砂处理后的金属基底上大气等离子喷涂球形NiCrAl颗粒，得到热匹配层；大气等离子喷涂的喷涂功率均为45kW，送粉量均为60g/min；所述球形NiCrAl颗粒的粒径为15μm～45μm；
步骤五、雷达吸波涂层材料的制备：在步骤四中的热匹配层上大气等离子喷涂步骤二中得到的WC/Al2O3混合球形粉，得到雷达吸波涂层材料；大气等离子喷涂的喷涂功率均为45kW，送粉量均为60g/min。
对本实施例制备得到的厚度为1.5mm雷达吸波涂层材料进行吸波反射率测试，测试结果如图3所示，在x波段，厚度为1.5mm时，反射率低于-5dB的带宽超过3GHz，反射率低于-10dB的带宽超过2.2GHz。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种雷达吸波涂层材料，其特征在于，包括热匹配层和吸波涂层，吸波涂层喷涂在热匹配层上，热匹配层喷涂在喷砂处理后的金属基底上；所述热匹配层由球形NiCrAl颗粒制成，所述吸波涂层由WC/Al2O3混合球形粉制成，WC/Al2O3混合球形粉中碳化钨的质量分数为10％～50％，余量为氧化铝。
2.根据权利要求1所述的一种雷达吸波涂层材料，其特征在于，所述热匹配层的厚度为0.05mm～0.2mm，雷达吸波涂层材料的厚度为1.1mm～1.5mm。
3.一种制备如权利要求1或2所述的雷达吸波涂层材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备WC/Al2O3混合粉末：将碳化钨和氧化铝混合得到金属混合物，将金属混合物和酒精溶液置于研磨机中球磨，混合均匀后，在室温下自然风干10h～48h，得到WC/Al2O3混合粉末；
步骤二、制备WC/Al2O3混合球形粉：将步骤一中得到的WC/Al2O3混合粉末与PVA胶混合均匀，得到悬浮溶液，用喷雾造粒机将悬浮溶液制备成WC/Al2O3混合球形粉；
步骤三、金属基底喷砂处理：将金属基底浸泡在丙酮和酒精混合液中清洗1h～4h，然后在温度为100℃～150℃的条件下烘干1h～2h后，置于喷砂机中，利用SiC颗粒对烘干后的金属基底进行喷砂处理；
步骤四、制备热匹配层：在步骤三中喷砂处理后的金属基底上大气等离子喷涂球形NiCrAl颗粒，得到热匹配层；
步骤五、雷达吸波涂层材料的制备：在步骤四中的热匹配层上大气等离子喷涂步骤二中得到的WC/Al2O3混合球形粉，得到雷达吸波涂层材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一所述酒精溶液中蒸馏水和酒精的体积比为1：(1～1.5)，所述金属混合物和酒精溶液的质量比为1：(0.2～1)；球磨的转速120r/min～240r/min，球磨的时间为10h～24h。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二所述悬浮溶液中的WC/Al2O3混合粉末的质量百分含量为30％～70％，所述喷雾造粒机的喷雾造粒入口温度为120℃～260℃，出口温度为70℃～140℃，转速频率为20Hz～70Hz，所述WC/Al2O3混合球形粉的粒径为10μm～100μm。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤三所述丙酮和酒精混合液中丙酮和酒精的体积比为(0.5～1)：1；所述SiC颗粒的粒径为80μm～300μm；喷砂处理的喷砂压力为0.6MPa～1.0MPa，喷砂处理的时间为5min～25min。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤四和步骤五中大气等离子喷涂的喷涂功率均为20kW～45kW，送粉量均为20g/min～60g/min；步骤四所述球形NiCrAl颗粒的粒径为15μm～45μm。
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