隐身材料

隐身材料

0 前言

1 雷达隐身材料

1.1 涂敷型吸波材料

1.2 结构型吸波材料

2 红外隐身材料

2.1 控制比辐射率

2.2 控制温度

3 激光隐身材料

3.1 激光隐身原理

3.2 激光隐身材料技术

3.3 激光隐身材料的发展

4 多波段复合兼容隐身材料

4.1 雷达/ 红外兼容隐身材料

4.2 红外/ 激光兼容隐身材料

4.3 雷达/ 激光兼容隐身材料

4.4 雷达/ 红外/ 激光兼容隐身材料

5 隐身材料发展前沿

5.1 纳米隐身材料

5.1.1 纳米材料的特性

5.1.2 纳米复合隐身材料的隐身机理

5.1.3 纳米复合隐身材料的复合新技术5.2 智能隐身材料

5.2.1 可见光智能隐身材料

5.2.2 红外智能隐身材料

5.2.3 智能蒙皮

5.2.4 智能隐身材料的发展趋势

6 展望

0 前言

2011年1月11日，中国歼20隐形战斗机进行首次升空试飞，受到世界关注，也引起了人们对隐身技术的兴趣。随着现代各种光电磁探测技术的迅猛发展,传统的作战武器所受到的威胁越来越严重。绝大多数重型武器（飞机、坦克、火炮、军舰、导弹、航天器）主要是金属装置，最易被各种光电磁热探测，隐身技术作为提高武器系统生存、突防,尤其是纵深打击能力的有效手段,已经成为海、陆、空立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段,材料的隐身手段显得尤为重要，并受到世界各国的高度重视。

世界各军事强国都在积极发展隐身技术, 隐身兵器发展计划推陈出新, 新一代隐身兵器不断涌现。美国的隐身技术发展较快, 目前居世界领先地位, 其中

F-117A、B-2、F-22等隐身飞机代表着当今世界隐身兵器先进水平; 正在研制的一大批隐身武器, 如联合攻击战斗机(JSF)、M计划(旨在提高海军舰艇隐身性能的秘密计划)、AGM-137三军防区外隐身攻击导弹等都将具备良好的隐身性能。俄罗斯早在1984年开始研制的米格1.42多用途隐身战斗机(MFI)可与美国的

F-22相媲美, 1.44隐身战斗机优于F-22, LFI和S-54 与美国的联合攻击战斗机( JSF)相当。另外, 法国、德国、日本、意大利等都有各自研制隐身武器的秘密计划, 武器种类包括攻击机、装甲战车、军舰、高超音速攻击导弹、无人航天器

等。印度也应用隐身涂料改进现役战斗机, 制出一种隐身靶机。隐身化已成为武器装备发展的重要特征, 也是信息化战争的必然选择, 各军事领域全面隐身化和隐身武器系列化是今后的必然趋势。我国在这方面起步较晚,与发达国家相比还存在较大差距。今年1月，J20隐身机的试飞成功，标志着我国隐身材料的研制步入了应用阶段。

隐身技术(又称为目标特征信号控制技术) 是通过控制武器系统的信号特征,使其难以被发现、识别和跟踪打击的技术。按照使用的探测波来分,隐身技术可分为可见光隐身技术、雷达波隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术等。可见光隐身材料是研究最早的,在早期的战争中已经得到大量应用,目前已发展得相当成熟,因此几乎没有太大的发展空间。其主要的应用是一些伪装材料,比如迷彩服就被做成与周围环境具有相似的色彩和图案,效果很好,如今专门的研究已经很少。因此,本专题主要针对雷达、红外、激光探测波的隐身材料以及多波段兼容隐身材料作简单的综述。另外，作为本世纪隐身材料发展的重要方向之一的智能隐身材料和纳米隐身材料可谓应时而生。它们的新原理、新概念对未来武器系统和航空航天系统的发展将会产生重要影响。

1 雷达隐身材料

雷达很早就成为军事上普遍使用的探测手段,因此作为雷达探测目标物的隐身一直以来就受到广泛的关注,而且相关专家对它的研究也从未停止。雷达探测主要是向一定空间方向发射高频雷达波（1～20GHZ）,当该波碰到目标物时就会反射一部分波回去,通过接收反射的雷达波信号就能探测到目标物的方位。如果

能使反射回波的能量降低到一定程度,以至于接收到的信号弱得无法被雷达接收器所识别,那么目标物就达到了雷达隐身的目的。表征目标雷达隐身效果的指标很多,而最常用的就是雷达波反射率R，R 值越小越好。因此，如果采用雷达隐身材料, 那么这种材料要能吸收或者透过雷达波,尽量减少用于探测的反射波。对于一般的目标物,通常很难透过大量雷达波,所以雷达隐身所用的材料以吸波材料为主。由于高频雷达波频率通常在1～20GHZ频段，因此吸波材料通常在此波段。按材料成型工艺和承载能力,雷达吸波材料可分为涂敷型吸波材料和结构型吸波材料两类。由于大面积使用吸波涂料存在很多弊端，例如增加飞机重量、粘附不牢而脱落等，而结构型吸波材料具有承力、重量轻、可设计性能强等特点，所以后者得到大力开发。

1. 1 涂敷型吸波材料

由于涂敷型吸波材料只是在目标表面涂覆了一层或多层吸波材料,因此对它的承载性没有特殊要求。这种材料使用起来方便快捷,在军用飞机、坦克、军舰上都有很广泛的应用。按照吸波材料的吸收机理可以分为干涉型和吸收型。干涉型是利用吸波层表面反射波和底层反射波的振幅相等而相位相反进行干涉抵消,但是它的缺点是吸收频带很窄。相比而言,吸收型对雷达波具有相对较宽的吸

收频带,因此用得最多。无论是吸波涂料还是吸波涂层,一般都是由基体材料、吸波剂以及其它一些助剂组成。其中,吸波剂对整个吸波材料的吸波性能起着关键性的作用,通常按照吸波剂的化学成分可分为无机吸波剂和有机高分子吸波剂。

■无机吸波剂

无机吸波剂主要有铁氧体、金属以及陶瓷,而且已经向着超细化、纳米化的

方向发展。国内科技工作者在这方面作了不少研究，焦桓等对纳米的Si/ C/ N 粉体的吸波特性进行研究,得到了单层和双层的吸波涂层,厚度为2.7mm 的单层吸波涂层在8～15GHz 内微波反射率< - 5dB ,厚度为2.8mm 的双层吸波涂层在8～18GHz 的范围内微波反射率也在- 5dB 以下,且峰值反射率达到- 40. 5dB。曹莹等研究的纳米雷达波吸收涂料效果更好，将β2Ni (OH) 2等纳米材料掺入到聚氨酯涂料或环氧涂料中,使涂料在1～18GHz的宽频范围内反射率都在- 15dB 以下,且吸收峰值也达到了- 40dB。在国外，Bregar 从理论模型出发,证实了纳米铁磁吸波材料具有普通粒子所无法比拟的吸波特性，显示了吸波剂纳米化的发展方向。

■有机吸波剂

有机吸波剂主要有导电高聚物和由美国卡耐基-梅隆大学研制的视黄基席夫碱,它们都是发展得相对较晚的吸波剂。导电高分子吸波材料具有较低的微波反射率,很好的吸波性能，以及独特的物理、化学特性,并具有密度小、分子设计、结构多样化、电磁参量可调、易复合加工等特点,受到了广泛的重视,应用前景广阔。国外科技者研究了以导电聚吡咯( PPy) 为主体的复合材料对不同入射角微波的吸收特性,入射角从10°变化到80°,在5～18GHz 的宽频范围内的反射率始终都在- 10dB 以下。视黄基席夫碱的吸波材料,由于密度低、吸收频带宽也受到了极大的关注。国内王少敏等对视黄基席夫碱进行了研究,先后合成了小分子和大分子的视黄基席夫碱,并对它们的微波吸收性能进行了测试,结果表明,材料对微波有一定的吸收性能,特别是10GHz 左右处都有低于- 10dB 的强吸收峰。然而视黄基席夫碱作为微波吸收剂的发展尚未成熟,效果暂时还无法与其它吸收剂相比，还有待进一步研究。