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通过各向异性化提高磁性吸波材料性能

发表时间:2019-08-17 13:21:32

   通过各向异性化提高磁性吸波材料(Material)性能
吸波材料(Material)是提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段,由此成为当今世界各国重点研究的高新技术之一。理论和实验(experiment)均证实材料各向异性化后其电磁性能改善,吸波性能提高; 同时,通过(tōng guò)改变形貌尺寸还可对其电磁参数进行调节,更有利于实现阻抗匹配; 此外,材料的片状化、纤维化也更有利于吸波材料的轻型化,因此,具有各向异性的吸波材料研究对新一代薄、轻、宽、强隐身材料的研发具有重要意义。
对于传统的球形磁性吸波材料,提高起始磁导率时,自然共振频率就下降(descend),反之,自然共振频率上升,起始磁导率就下降,很难同时提高材料的磁导率和共振频率。指能吸收或者大幅减弱投射到它表面的电磁波能量,从而减少电磁波的干扰的一类材料。在工程应用上,除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外,还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。在设计时,要考虑电磁波遭遇吸波材料表面时,尽可能完全穿过表面,减少反射;在电磁波进入到吸波材料内部时,要使电磁波的能量尽量损耗掉。想要进一步提高磁性材料在高频(Induction Heating)的磁性能,必须突破这一限制,而各向异性化是一个有效途径。研究表明,具有各向异性的薄膜(薄而软的透明薄片)、纤维、片状磁性材料可实现同时提高磁导率和共振频率,具有优异的高频磁性能,应用在吸波材料领域可有更强更宽频的雷达损耗效果。
  一、磁性纤维吸波材料(Material)
磁性纤维吸波材料的强形状各向异性使其在微波频段具有较大的磁导率和磁损耗,研究发现长径比为 50 的铁氧体(Ferrite material)纤维与相同含量的非纤维磁性材料相比,磁导率增加 50 倍。同时,磁性纤维吸收剂在高频下还具有较大的涡轮损耗、欧姆损耗以及辐射损耗等,是一种强电磁波吸收材料。此外,该类吸收剂还具有质量轻、面密度小、频带宽的优点,并且可以通过调节纤维的长度、直、排列方式方法等调节材料的电磁参数(parameter),取向排列所形成的吸波涂层可在很宽频段内实现高吸收,质量比传统金属微粉吸波材料减轻 40% ~60%,在轻质、高效隐身材料的研制领域有良好应用前景。常见的磁性纤维吸波材料包括(bāo kuò)铁纤维、镍纤维、钴纤维及其合金(alloy)纤维。欧洲利用多晶铁纤维吸波材料已成功研制出雷达隐身涂层,实现了宽频吸收,其最大吸收可达 34 dB。纤维类复合材料是目前研究的热点之一,例如,一种 Fe-Co 合金包覆碳(C)纤维的磁性材料,在 2~18 GHz 频段的反射损耗可达 -48.2 dB。
  二、 磁性薄膜吸波材料
  随着物理气相沉积及化学气相沉积技术的发展,磁性薄膜吸收材料的电磁性能也不断提高。以 F
  E、Co 基为主体的磁性合金(alloy)薄膜(薄而软的透明薄片)及多层膜在微波频率下具有很高的磁导率和磁损耗,可实现微波的宽频带吸收。隔磁片与线圈的贴合性更好,磁片可以在承受一定程度的弯曲可以更好的与线圈贴牢,在收到外力作用的时候依然能保持完好无损,提高产品使用寿命。据报道,利用热氧(Oxygen)化方法制备 CuO/Co / 碳纤维多层膜复合材料,最强反射损耗可以提高到-42.7dB,是一种理想的轻质、强吸收、宽频段微波吸收材料。
  三、 片状磁性吸波材料
  对薄片状铁磁材料(Material)的研究表明,扁平率为 10~10000 时,其微波磁导率可以提高 10~100 倍。这是由于合金(alloy)粉末的扁平率增大和粒径减小引起颗粒的表面积增加,一方面粉末的空间电荷的极化以及相邻粒子间的磁矩交换耦合作用增强,另一方面粉末的涡流(又称:傅科电流)损耗减小,从而增大了复合组分的复介电常数和复磁导率。