隐身材料

隐身材料的研究现状与发展

摘要：主要阐述了雷达隐身材料、红外隐身材料和纳米复合隐身材料的国内外发展现状及发展趋势，指出雷达隐身材料将向宽频带、强吸收的方向发展，而红外隐身材料与纳米复合隐身材料的研究将成为未来隐身材料中的重要内容。

关键字：雷达隐身材料红外隐身材料国内外纳米复合隐身材料

研究现状发展趋势

1：前言：隐身材料是隐身技术的重要组成部分，在装备外形不能改变的前提下，隐身材料，是实现隐身技术的物质基础。随着电子技术的飞速发展,未来战场的各种武器系统面临着严峻的威胁。隐身技术作为提高武器系统生存能力的有效手段,受到世界各国的高度重视。隐身技术是指在一定遥感探测环境中降低目标的可探测性,使其在一定的波长范围内难以被发现的技术。她的出现促使战场上的军事装备向隐身化方向发展,如隐身飞机、隐身导弹、隐身舰艇、隐身军车等武器装备的相继出现，有效地提高了武器装备的生存能力和突防能力,在现代战争中显示出了巨大的威力。武器系统的隐身能力可以通过外形设计和使用隐身材料来实现,外形设计虽然效果较好,但受到许多条件的制约,所以隐身材料的发展和应用成为隐身技术发展的关键因素之一。隐身技术作为提高武器系统生存、突防、打击能力的有效手段 ,已经成为集陆、海、空三位一体的现代战争中最重要、有效的突防战术技术。隐身材料与隐身技术息息相关 ,是隐身效果实现的关键 ,各国均对此给予了高度重视。前苏联对隐身材料的研究已有年历史日本在研制铁氧体涂料方面处于世界领先地位。荷兰、德国、美国等国家先后将隐身材料用于飞机、舰艇 ,研制的不同型号的飞机先后在战争中显露头角图。飞行器的隐身主要是缩减目标的雷达散射截面和降低目标的红外辐射 ,与此相对应的是雷达隐身材料、纳米复合隐身材料以及红外隐身材料的研究和发展。

2：隐身材料的研究现状及发展

2.1：雷达隐身材料的研究现状及发展

研究现状：在现代战争中,雷达是探测目标的最可靠的方法,因此,雷达隐身技术是隐身技术的重点。雷达隐身技术的核心是降低目标的雷达散射截面积,其技术途径主要有两条:一是通过目标的外形设计降低散射面积;二是目标应用雷达吸波材料达到降低散射面积。目标的外形技术不仅受到战术技术指标的限制,而且使目标的生产难度大、耗资多,所以研究和开发高性能的雷达吸波材料成为隐身技术领域中的重大课题。早在二战期间,德国就在潜艇上应用雷达吸波材料,以躲避盟军的雷达探测。在六七十年代,美国在SR - 71 高空高速侦察机上涂敷了雷达吸波材料。到现在雷达吸波材料已有十多种,如果按材料成型工艺和承载能力,可

分为涂敷型吸波材料和结构型吸波材料两种：

a：涂敷型吸波材料

涂敷型吸波材料是将吸收剂与粘结剂混合后涂敷于目标表面成吸波涂层,因其吸波性能优异和工艺简单而受到世界各国重视。目前涂敷型吸波材料主要包括铁氧体吸波涂料、超细金属粉末吸波涂料、复合磁性金属化合物吸波涂料、羰基铁吸波涂料、陶瓷吸波涂料、掺杂高损物吸波涂料、盐类吸波涂料、放射性同位素吸波涂料、导电高分子吸波涂料、纳米吸波涂料和稀土元素吸波涂料等。其中铁氧体是研究得比较多而且比较成熟的吸波材料。例如,美国的F - 117A 隐身飞机和“海上阴影”号隐身舰艇都采用的是一种叫“铁球”的铁氧体涂料。另外,陶瓷吸波涂料也是一种研制较多的吸波材料,它比铁氧体、复合金属粉末等吸波涂料的密度低、吸波性能好,而且还可以有效地减弱红外辐射信号。

b：吸波材料的另一大类是结构型吸波材料,它是一种多功能复合材料,具有承载和减小雷达反射截面的双重功能,是一种非常有发展前途的吸波材料。其主要包括碳纤维复合材料、碳—碳复合材料、含铁氧体的玻璃钢材料、充填石墨的复合材料、玻塑材料、碳化硅纤维复合材料、混杂纤维增强复合材料、特殊碳纤维增强的碳—热塑性树脂基复合材料、导电复合材料、结构手征复合材料等等。国外结构吸波材料已经进入应用阶段。美国的先进隐身战斗轰炸机F - 117 、战略轰炸机B -2 、战斗机YF - 22 、YF - 23 、F - 22[11 ]以及先进巡航导弹上都大量采用了碳纤维、碳/ Kevlar 纤维或碳/ 玻璃纤维混杂纤维作为增强材料的结构吸波材料。美国在1991 年的海湾战争中使用了F- 117 隐身战斗机,出动1000 多架次无一受损,取得了很好的战绩。“隐身”用的特种碳纤维与传统的碳纤维不同,特种碳纤维的截面不是圆形的,而是有棱角的三角形、四方形或多角形截面碳纤维,用这种非圆形特种碳纤维与玻璃纤维混杂编织成三相织物,这种三相织物就象微波暗室结构一样,有许许多多微小的角锥,具有良好的吸波性能。用这样的特种碳纤维制成结构吸波材料具备隐身/ 结构双重功能,B - 2 隐身轰炸机的蒙皮就是用这种“隐身”特种碳纤维来制造多层吸波蒙皮,既能满足飞机的机动特性,又不会反射雷达波,能起到很好的隐身作用。混杂纤维增强复合材料是通过增强纤维之间一定的混杂比例和结构设计形式制造而成的满足特殊性能要求或综合性能较好的复合材料,目前该种材料已应用于美国的B - 2 隐身战略轰炸机。碳化硅纤维复合材料是将碳纤维和碳化硅纤维以不同比例,通过人工设计的方法,控制其电阻率,便可制成耐高温、抗氧化,具有优异力学性能和良好吸波性能的碳化硅—碳纤维复合纤维。碳化硅—碳纤维复合纤维和接枝酰亚胺基团与环氧树脂共聚改性为基体组成的结构材料,具有优异的吸波性能。导电复合材料是由在非金属聚合物或树脂类物质中加入导电性纤维或纳米级金属粉末制成的。当雷达波透过时,由于

部分能量被吸收,而使反射的雷达波能量大大衰减,因而成为有效的吸波材料,其吸收频带可通过加入物质的种类和多少来调节。混入的导电性纤维主要有聚丙烯腈纤维、镀镍的碳纤维、不锈钢纤维等。这种复合材料可作为飞机或导弹的结构材料。在结构型吸波材料中手征材料的研究是现在的一个热门领域,它与普通材料相比,有两个优势:一是调整手征参数比调节介电参数和磁导率容易,大多数材料的介电参数和磁导率很难在较宽的频带上满足反射要求;二是手征材料的频率敏感性比介电参数和磁导率小,容易实现宽频吸波。在实际应用中主要有本征手征物体及结构手征物体两类,本征手征物体本身的几何形状如螺旋线等使其成为手征物体;结构手征物体各向异性的不同部分与其它成分成一角度关系,从而产生手征行为,结构手征材料可由多层纤维增强材料构成,其中纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶Kevlar 等,可将每层的纤维方向看作该层的轴线,将各层纤维材料以角度渐变的方式叠合时,构成结构手征复合材料。我国有关结构型吸波材料也有过一定的研究。北京航空材料研究所邢丽英等人采用在树脂中添加短的碳纤维、吸收剂等制备吸波材料,并且得出结论,不同长度的短碳纤维在树脂中的最佳填充量不同,在对应的最佳填充量可对电磁波起较大衰减作用。天津大学的黄远等人将经过表面处理的碳纤维毡和环氧树脂复合,加入碳黑、金属粉末、铁氧体等填料制备出一种新型结构吸波材料,经几种不同表面形态的碳纤维与树脂混合对比,碳纤维毡表面的立体绒毛最有利于提高吸波性能。

发展：不管是涂敷型吸波材料,还是结构型吸波材料均是针对雷达探测系统研制开发的隐身材料,这些吸波材料主要吸收雷达辐射出的厘米级电磁波。然而近几年,毫米波雷达和米波雷达的相继问世,使雷达隐身吸波材料将向兼容吸收厘米波、毫米波和米波,追求宽频带吸收的方向发展。并且随着各国在军事方面的飞速发展，为军事方面的需求，如：隐形无人机、隐形战斗机，雷达隐身材料的研究永远都是朝着前进的方向发展。

2.2：红外隐身材料的研究现状及发展

研究现状：随着红外探测技术的发展和先进红外探测器的问世,红外探测在现代战争中将占有越来越重要的地位, 如海湾战争中美国击落的飞机, 有40 %是由红外制导的空—空导弹击中的。因此,红外隐身材料的研究已成为继雷达吸波材料之后未来吸波材料研究中的一个重要内容。

红外隐身纤维材料是红外隐身材料的一种,是能够吸收或屏蔽红外波以达到隐身作用的功能性纤维材料。根据其功能,红外隐身纤维材料要求对红外波,特别是近红外波有强吸收能力或屏蔽作用。国外由于涉及军事机密,因此有关红外隐身纤维的报道,不论期刊还是专刊都很少;国内在这方面的工作也很少,在80年代虽曾有人用可吸收红外波的染料或涂料在织物上涂层做成野战迷彩服,但由于吸收红外波的效果不够理想,因此也没有什么可借鉴之处。但由于这种红外隐身纤