吸波材料專欄（二）：三大結構型吸波材料梳理

上期的文章中講到根據成型特點，可以將雷達吸波材料分為涂敷型吸波材料和結構型吸波材料。

傳統的涂敷型雷達吸波材料在實際的工程使用中依舊存在一系列的問題，比如現有的吸波涂層吸收頻帶較窄，不能滿足現代戰場環境下，各種偵查手段不間斷的偵查，涂層使用中整體重量較大、厚度較厚，限制了在飛行器及某些特殊部件位置的使用，在實際使用中熱穩定性較差，不能滿足全天候作戰要求，并且傳統的吸波涂層在長時間使用中還容易出現脫落的問題，需要定期頻繁的對吸波涂層進行維護、修補，限制了武器裝備的使用。傳統的吸波涂層不具有承載能力，功能較為單一，不能夠滿足具有雷達吸波性能兼顧外觀形貌的設計要求。所以對結構型雷達吸波材料的研究和使用，會成為未來吸波材料研究和發展的重要方向之一。在展寬雷達吸波頻帶，增強吸波性能，降低吸波結構重量方面具有極大的優勢，并且能夠制作成各種復雜的結構部件，滿足各種不同的需要。國外的研究機構對結構型吸波材料的研究較早，在設計、制備、工程應用、性能測試等方面有著完備的經驗。美國已經裝備部隊的B-1轟炸機、F-117A隱形攻擊機以及最新的F-22戰斗機在不同的部位都使用了各種不同的結構型吸波材料，達到了減輕機身重量，獨立成型并且具有雷達隱身的效果。

近年來，結構型吸波材料的發展方向主要有熱塑性混雜紗吸波復合材料、耐高溫結構復合材料、多層夾芯型吸波復合材料。

1.熱塑性混雜紗吸波復合材料

經過多年來國內外研究機構的探索發現，大多數的非金屬材料的透波性能優異，其介電損耗和介電常數都比較低。通常將PEEK、PEK等材料的樹脂制成單絲或復絲，然后跟其他特種纖維按照一定的比例混雜成束，再編織成立體網格材料或者輕質夾芯材料，其具有良好的吸波性能和透波性能，并且其質量輕，強度高，可塑性好。可以用于制造飛機機身、機翼、導彈殼體等部件。據稱，美國海軍曾經在建造潛水艇艇身時，使用PEEK材料制備成結構隱身材料，使整體的潛水艇艇身具有良好的電磁波吸收效果。此外，可以使用PEEK與碳化硅纖維進行混雜，使制備出復合材料具有良好的強度，可以應用于導彈的頭錐、發動機殼體等部件。

2.高溫結構型吸波復合材料

隨著技術的進步和發展，飛行器的飛行速度越來越快，其某些部件的工作溫度也逐漸升高，諸如發動機部位、導彈前端等部位的工作溫度可以高達700-1000℃，高溫工況下的部件對電磁波的反射較強，已經成為飛行器整體隱身性能的重要影響因素。在此類部件處進行雷達吸波時，需要具有良好的耐高溫、耐熱沖擊性能，傳統的涂覆式雷達吸波涂層遠不能滿足現實需要，所以結構型雷達吸波材料在這些部位的應用具有很強的現實意義，并且結構型吸波復合材料能夠不增加基體重量，對于飛行器來講，至關重要。

在耐高溫結構型吸波復合材料的研究和使用中，陶瓷基復合材料的高比強度、高比模量、耐高溫燒蝕、耐氧化的特點使其能夠在高溫下具有良好的力學性能，并且優于其基體和增強相的介電性能具有可調節的能力，可以實現介電性能較為容易的匹配。

近年來，國外諸多研究機構對高溫工況下的雷達吸波材料進行了諸多研究，包括氧化鋁、碳化硅、硼硅酸鋁等吸波材料，其中碳化硅是近年來發展最快，應用最廣泛、最成熟的吸波材料。碳化硅的熔點高達2840℃，在受到氧化后可以在表面生成致密的氧化物薄膜，高溫穩定性好，并且其介電性能具有可調節性，但是其介電損耗較低，雷達吸波效果較差。上世紀70年代，日本科學家首次制備得到碳化硅纖維，其特別耐高溫，可以再1200℃工況下長期工作，其具有強度高、韌性好、密度和熱膨脹率低的優點。通過摻雜改性、引入異質金屬元素等方式，提高其介電損耗性能，以獲得良好的雷達吸波效果。其中美國洛克希德﹒馬丁公司現在已經使用碳化硅纖維應用在某個型號的隱身飛機的直角尾翼上，效果顯著。法國ADE公司研制出了一種使用陶瓷基體的吸波材料，其材料主體是摻雜處理的碳化硅纖維，其不僅能夠1000℃的溫度下具有良好的吸波性能，而且具備良好的可加工性。

國內對高溫結構型復合吸波材料進行深入研究較少，沒有具體的實際應用。目前高品級的碳化硅纖維作為戰略資源，對我國是禁運的。隨著隱身技術愈發重要，高溫結構型吸波復合材料的研發也迫在眉睫，該領域的也突破也在不斷的進行。

3.多層夾芯型吸波復合材料

夾芯型結構吸波復合材料是指在面板與底板間加入芯材，從而形成一種三明治結構的吸波材料，現在主要使用的芯材有蜂窩、波紋狀結構或角錐結構夾芯材料等。夾芯型結構吸波材料相比于其他種類的吸波材料具有較多的優勢，諸如能夠展寬吸收頻帶、具有很強的可設計性、機械力學性能好。國外的研究機構利用軟件設計模擬每一層介電性能，繼而將復合材料制成多層結構，這種結構可以在保證良好吸波性能的同時，具有優良的承載能力，并且可以減輕整體部件質量，是隱身飛機蒙皮材料的最佳選擇。

蜂窩結構材料的設計靈感來源于天然蜂巢，其結構呈現六邊形蜂窩狀。蜂窩結構吸波材料相較于其他結構的吸波材料有如下特點:重量輕、比強度高、比剛度高。重量輕、密度小的特性使其非常適合做夾層結構中的夾芯，達到減輕結構重量的效果；比強度、比剛度高的特性使其滿足了各向異性設計與制造的要求；此外它還具備導熱系數低的特點，因而在某種程度上能夠作為保溫結構部件。將蜂窩結構應用于隱身技術有兩方面優勢，一方面它可以起到結構部件的作用，實現承載功能；另一方面還可以降低電磁波的反射率以達到吸波隱身的效果。因此在航空航天領域對蜂窩結構吸波材料進行了詳盡的系統研究。國外的研究機構在應用領域一直走在前列。其中美國洛克希德﹒馬丁公司研制的A-12高空高速偵察機，為了減少飛機的雷達可探測性，在主要的雷達波反射面進行了一系列的隱身處理，其中在翼面和機身的邊緣部位使用了大量的結構型雷達吸波復合材料，其中機身邊緣、機翼前緣以及升降副翼等部位使用的都是蜂窩吸波復合材料。不同于傳統的從機身外部著手進行吸波實現隱身，A-12的獨特之處在于將吸波構造建立在了飛機內部，在實現隱身的基礎上同時對吸波材料起到了保護作用。現在最先進的F-22飛機具有良好的雷達隱身性能，其雷達吸波材料可謂是全面覆蓋，它所采用的吸波材料大多是形式各異的結構型雷達吸波復合材料，其中在機身采用了大高度蜂窩夾芯結構型雷達吸波復合材料，并且復合了大量的天線等傳感器，使機體外表面呈現出流線型的特點，進一步降低了飛機的雷達散射截面積。

國內的研究機構針對蜂窩吸波材料做了大量研究，通過電匹配設計，可以對多層蜂窩的電磁參數進行一定程度上的設計，能夠實現提高吸波性能的目的。目前，國內的蜂窩結構型吸波復合材料大多數側重于試樣級別的電性能研究，工程應用較少，并且存在一系列的問題，比如：材料批量穩定性差，工藝不夠穩定成熟等。

吸波材料第一篇：提高武器裝備戰場生存能力的‘神器’—雷達吸波材料

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