1. 研究目的与意义(文献综述)
随着现代通讯技术和雷达探测技术的突飞猛进,战争中敌对双方目标搜索、识别、跟踪的能力显著提高。在战争中把握先机最有效的突防战术技术手段,就是发展隐身技术,提高武器系统生存、突防和纵深打击能力。目前针对雷达的隐身技术主要有外形设计、隐身材料和电子对抗等。由于外形设计、电子对抗有其局限性,技术复杂且成本昂贵,隐身材料便成为主要的隐身技术得到广泛的研究和应用[1, 2]。吸波隐身材料,可对入射的雷达波进行反射、透射和吸收,实现电磁波的衰减。传统吸波材料的研究的方向倾向于对电磁波的强吸收,而新型的吸波材料不仅需具备 “薄、轻、宽、强” 等性能,还需满足应用环境的严苛要求。当飞行器在大气层内高速飞行时,空气的粘性作用致使飞行器表面产生剧烈的气动热[3, 4],例如在1000 m以上高空,巡航导弹以2.5马赫速度飞行10 s后其外表蒙皮温度可达700 k[5]。在这种高温环境下,常温下广泛使用的吸波材料容易发生吸波剂氧化、基体粉化和涂层脱落等现象,吸波性能急剧恶化,甚至使其完全失效。因此,耐高温氧化吸波材料成为吸波材料领域的研究焦点。
耐温吸波材料一般由耐温吸波剂和耐温基体组成,能够在一定温度下保持稳定的电磁和力学性能。目前受到关注的耐温吸波剂主要有基于介电损耗机理的碳类/陶瓷类材料和基于介电、磁滞双损耗机理的磁性材料[6]。常用的介电损耗型吸波材料有碳化硅、钛酸钡、二氧化钛(tio2)、二硫化钼、导电高分子(聚苯 胺、聚噻吩、聚吡咯)等[7]。这类吸波材料在较低填充量条件下能实现高介电和高吸波强度,是一种有潜力的耐高温、高强度吸波剂。北京理工大学曹茂盛教授课题组制备的nio纳米环修饰sic复合材料在400℃~500℃能保持优异的吸波性能[8]。但是,介电损耗型吸波剂由于缺乏多元的损耗机制,有效吸收频段通常较窄,不利于获得“薄、轻、宽、强”的吸波材料。
磁性金属吸波材料主要包括fe、co、ni等及其合金,具有较高的磁导率、饱和磁化强度和较好的温度稳定性,广泛应用于常温吸波领域[9]。纳米晶结构由于其独特的化学、物理和机械性能[10, 11],赋予了磁性金属吸波材料较高的电阻率、起始磁导率和高频磁导率[12, 13]。除此之外,用co部分代替fe元素可以使金属微粉居里温度提高110k左右,由fe、co掺杂其他元素构成的feco基软磁合金居里温度可达980℃[14],高温磁稳定性显著增强[15, 16]。升温时原子热运动导致的磁性能恶化问题得到有效解决。因此,纳米晶feco磁性金属吸波剂在制备“薄、轻、宽、强”吸波涂层方面具有较好的潜力。但在高温严峻环境中仍面临着巨大考验,纳米晶feco磁性金属吸收剂由于组成元素化学性质较活泼,在升温时容易与氧气发生反应生成弱磁性或者无磁性的氧化产物,减少了吸波剂中的磁性物质含量,降低了磁导率,使吸收性能恶化。国内外研究学者关于纳米晶feco磁性金属吸波材料高温氧化的研究较少,对吸波剂高温氧化与电磁参数之间的关联缺乏系统的研究,所以本课题研究纳米晶feco吸波材料在温度变化情况下氧化对其电磁性能的影响规律。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 研究(设计)的基本内容
纳米晶feco雷达吸波剂具有较高的磁导率、饱和磁化强度和较好的温度稳定性,广泛应用于吸波隐身材料中。随着飞行器像超高音速发展,隐身材料面对的应用环境温度越来越高,该吸波剂由于组成元素活泼,容易易产生高温氧化导致磁导率和吸收性能恶化的问题愈来愈突出。针对这些问题,本课题主要从下述方面进行研究:
1)纳米晶feco雷达吸波剂的氧化增重行为以及磁性能的变化规律;
2)纳米晶feco雷达吸波剂的微观形貌与氧化速率的关系及规律;
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解吸波隐身材料的发展现状,针对现存问题提出实验方案并对其可行性进行调研和讨论,完成开题报告。
第4-6周:学习纳米晶feco雷达吸波剂制备及电磁参数测试方法。
第7-10周:研究纳米晶feco雷达吸波剂电磁参数随温度的变化趋势。
4. 参考文献(12篇以上)
[1] 张月芳, 郝万军. 吸波材料研究进展及其对军事隐身技术的影响 [j]. 化工新型材料, 2012, 40(01): 13-5.
[2] 崔宏林, 田江晓. 浅谈无人机雷达隐身技术 [j]. 电子世界, 2019, 23): 132-3.
[3] 陈雄昕, 刘卫华, 罗智胜, et al. 高超音速飞行器气动热研究进展 [j]. 航空兵器, 2014, 06): 8-13.
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