新型隐身材料研究进展_张文毓

纳米复合隐身材料研究的前
可以吸收电磁波的能量。俄罗斯 景展望 :
目前已研制成功一种全新的等离
（1）宽频化。目前的反雷达探
子体隐身技术，即将用于其第五 测隐身Leabharlann Baidu术主要是针对厘米波段雷
代战斗机。
达，覆盖的频率段有限。而近年来
随着先进红外 / 紫外探测器，米波
2 纳米隐身材料
段雷达，毫米波段雷达等新型先进
材料实际上是器件和线路的集成。 体发生器，在等离子体发生器中
（5） 盐 类 吸 收 剂。 视 黄 基 席
美国研制的一种可见光伪装智能 加入易电离的气体，经过 " 脉冲电 夫碱视聚合物，这类高极化盐类
材料，是在聚氨酯分子链中嵌入丁 晕 "，即可产生等离子体。第二代 材料结构中的双联离子位移具有
二炔链段而成 ；美海军正在研究 产品的重量不到 100 公斤，它不 吸 波 功 能， 其 具 有 强 极 化 特 性，
参 数 以 达 到 阻 抗 匹 配 的 要 求， 而
且 可 以 大 大 减 轻 质 量， 可 望 成 为 今后吸波材料研究与发展的重点 方向。
（3） 低 维 化。 人 们 为 探 索 新 的吸收机理和进一步提高吸波性 能，已经日益重视研究纳米颗粒、 纤 维、 薄 膜 等 低 维 材 料。 研 究 对 象 集 中 在 磁 性 纳 米 粒 子、 纳 米 纤 维、 颗 粒 膜 与 多 层 膜 等 方 面， 这 些 低 维 材 料 具 有 吸 收 频 带 宽、 兼 容 性 好、 吸 收 率 高、 比 重 轻 等 多 方 面 优 点， 是 隐 身 材 料 发 展 中 极 具潜力的一个方向。
①精心设计武器的外形 ；
使用隐身材料后，可大大减小自 红外、激光兼容隐身材料，雷达波、 ②采用雷达吸波材料和透波材料 ；
身 的 信 号 特 征， 提 高 生 存 能 力。 红外、激光等多种兼容的隐身材 ③采用电子措施降低兵器的雷达
隐身材料按频谱可分为声、雷达、 料等。这是当前隐身材料的发展 截面（A. 自适应加载技术。B. 电
今科学的前沿技术，用于隐身技 综合要求，因此需要将多种吸波
术与隐身材料的研究中之后，可 材料进行多种形式的复合来获得
以制得性能优良的吸波材料，很 最佳隐身效果 ；也可以采用有机－
有发展前途。纳米隐身材料的研 无机纳米材料复合技术，这种方
究正在成为研制新型吸波材料的 法能很方便的调节复合物的电磁
热点。
近二十年来，隐身技术与隐 探测器的相继问世，以及随之而来
身材料的研究都已经取得了长足 的装备部队使用，给原有的隐身手
的进展，以美军为例 ：其第一代 段提出了新的严峻挑战。这就要求
产品如 F117 隐身战斗机，第二代 隐身材料具备宽频带吸波特性，即
产品如 B2 隐身轰炸机已经装备美 用同一种隐身材料对抗多种波段的
红外智 入射电磁波的反射并能吸收电磁
能 隐 波。
身， 智
（2）纳米隐身材料。近几年来，
能声隐 对纳米材料的研究不断深入，证明
散射又能承受一定的载荷。与一 身，雷达波智能隐身。
纳米材料具有极好的吸波性能，纳
般 金 属 材 料 相 比， 重 量 轻、 刚 度
等离子体隐身技术具有吸波 米材料现已受到各主要国家的高度
氧化物粉和有机物复合而成，或 一种隐身技术。雷达隐身技术的
结构型吸收雷达波材料是以
由掺杂的半导体材料构成，可形 作用机理主要是通过减弱、吸收、 非金属为基体（如环氧树脂、热塑
成与背景颜色相匹配的迷彩图案， 抑制、散射目标的雷达回波强度， 料等）填充吸波材料（铁氧体、石
满足可见光隐身的要求。激光隐 降低目标的有效探测概率，使目 墨等）、由低介电性能的特殊纤维
利用智能隐身材料制造能抑制发 仅能减弱雷达反射信号，还能向 雷达波被这种盐吸收时，能量将
电机噪声外传的智能结构发电机 敌方发出一些假信号，以迷惑敌 转变为热能而耗散掉，某种特定
罩 ；美空军提出直升机旋翼采用 方的探测系统。俄罗斯正在研制 类型的盐可以吸收特定波长的雷
智能隐身材料的方案，隐身能力 第三代产品，它可以利用飞行器 达波。
材料存在的密度过大的问题。这 粉，纳米薄膜复合吸收剂等。碳
种纤维通过磁损耗和涡流损耗的 纳米管由于具有独特的结构、电
双重作用来实现对电磁波的吸收。 性能和力学性能，作为雷达波吸
（7）等离子体吸波材料。利 收剂有望使隐身材料研究领域获
用放射性同位素发射的 α 粒子， 得重大突破。
将周围空气电离，形成等离子体，
强、强度高。结构型吸收雷达波 频带宽、吸波率高、隐身效果好、 重视，并把其作为新一代隐身材料
材料有 3 种类型 ：一是吸收剂散 使用简便、使用时间长、价格便宜、 进行探索与研究。
布型 ；二是层板型 ；三是夹芯结构。 无 须 改 变 飞 机 的 气 动 外 形 设 计、
（3）导电高分子聚合物材料。
主要有碳 - 碳复合材料 ；含铁氧体 不影响飞行器的飞行性能、维护 这 种 材 料 最 近 几 年 才 发 展 起 来，
身 材 料 用 来 对 抗 激 光 制 导 武 器、 标在一定的范围内难以被对方雷 （如石英纤维、玻璃纤维等）增强
激光雷达和激光测距机，要求这 达发现或识别。
的 复 合 材 料， 它 既 能 减 弱 电 磁 波
2013. 02 第1期| Defense Manufacturing Technology 39
红 外、 可 见 光、 激 光 隐 身 材 料。 方向。隐身技术作为提高武器系 子对抗措施。C. 采取有源对消技
按材料用途可分为隐身涂层材料 统生存、突防，尤其是纵深攻击 术。）；④等离子体隐身技术。
和隐身结构材料。声隐身材料包 能力的有效手段，已成为集陆、海、
雷达吸波材料的分类方法很
括消声材料、隔声材料、吸声材 空、天、电五维一体的现代多维 多，主要有 3 类。按照材料损耗
2013. 02 第1期| Defense Manufacturing Technology 41
全 球 纵 览 GLOBAL PERSPECTIVE
新型隐身材料 研究进展
中国船舶重工集团公司第七二五研究所 张文毓
隐身材料是实现武器隐身 的物质基础。武器装备 如飞机、舰船、导弹等
些材料对激光的反射率低，可吸 1.1 武器实现雷达隐身的主要技术
收率高。研制了兼容型隐身材料， 途径
如 雷 达 波、 红 外 兼 容 隐 身 材 料，
（4） 陶 瓷 类 吸 收 剂。 陶 瓷 类
收剂为主体的吸波材料 ；以高分 度减小到原来的 1%。据报道，俄 吸收剂的密度比铁氧体低，吸波
子吸收剂为主体的吸波材料 ；以 罗斯已开发出两代等离子体装置， 性能较好，耐高温，而且还可以
纳米吸收剂为主体的吸波材料。 并在飞机上进行过试验。第一代 有效抑制红外辐射信号，这类吸
军并使用多年，而其第三代产品 电磁波源的探测。
如 F22/JSF 等隐身飞机也即将装
（2） 复 合 化。 根 据 目 前 吸 波
备部队。目前，隐身技术与隐身 材料的发展状况，一种类型的材
材料的研究正在朝着“薄、轻、宽、 料很难满足日益提高的隐身技术
强”方向发展，纳米技术作为当 所 提 出 的“ 薄、 轻、 宽、 强 ” 的
承载能力可分为涂敷型和结构型。
隐身的目的。红外隐身材料主要 1 新型雷达隐身材料
新型雷达波吸收材料有 ：纳
用 于 车 辆、 舰 艇、 军 用 飞 机 及 其
目前，最受重视且发展较快 米 吸 波 材 料 ；宽 频 谱 吸 波 材 料 ；
他军用设施，使这些装备和设施 的隐身技术是雷达隐身技术。武 手性吸波材料 ；导电高分子吸波
智能型隐身材料能感知和分 产品是等离子体发生片，其厚度 收剂主要有 SiC 粉末、SiC 纤维以
析不同方位到达的电磁波特性或 0.5 ～ 0.7mm，将其贴在飞行器的 及硼硅酸铝等。当然如果其粉末
光波特性，并作出最佳响应，以达 强散射部位，电离空气即可产生 吸收体的尺寸达到纳米量级，也
到隐身的目的。从结构上看，智能 等离子体。第二代产品是等离子 可归入纳米隐身材料。
全 球 纵 览 GLOBAL PERSPECTIVE
身材料 雷达截面。
的研究
主要集 1.2 几种新型隐身材料
中在以
隐身材料是隐身技术发展的
下几个 关键方面之一。目前，世界各主
方 面 ： 要军事强国正在开发以下几种新
智能蒙 型隐身材料。
皮， 可
（1） 手 性 材 料。 研 究 表 明，
见光及 具有手性特征的材料，能够减少
可提高 20 倍。目前开展的智能隐 周围的静电能量来减小飞行器的
（6） 多 晶 铁 纤 维 吸 收 剂。 多
40 Defense Manufacturing Technology | 2013. 02 第1期
以纳米吸收剂为主的吸波材
料研究列入了各军事大国的新型
隐身材料计划。美国研制出的“超
黑粉”纳米吸波材料对雷达波吸
3 结束语 新型的隐身功能材料不仅要
求 材 料 有 承 载 能 力， 还 要 求 材 料 具 有 导 电、 导 热 等 多 种 功 能， 使 武器实现雷达、红外、可见光隐身， 对提高未来武器系统的突防能力 具 有 重 要 意 义。 新 型 隐 身 材 料 技 术 将 广 泛 用 于 制 造 飞 机、 导 弹 等 武 器 系 统， 它 将 使 飞 机、 导 弹 的 生产和飞行控制方式发生根本性 变化。
料及消声、隔声、吸声的复合体， 战争中极为重要和有效突防的战 机理，可分为电介质型和磁介质
主要用于新一代潜艇。雷达隐身 术技术手段，现正受到世界各主 型 ；按吸收原理可分为吸收型和
材料能吸收雷达波，使反射波减 要军事强国的高度重视。
干涉型 ；按吸波材料成型工艺和
弱 甚 至 不 反 射 雷 达 波， 从 而 达 到
的红外辐射与背景基本达到一致， 器 的 雷 达 截 面 与 其 外 形、 材 料、 涂料 ；结构吸波材料 ；多晶纤维
敌人的红外探测器难以分辨。可 雷达波入射角等因素有关。雷达 吸 波 涂 料 ；电 路 模 拟 吸 波 材 料 ；
见光隐身材料通常由铝粉、多属 隐身是迄今为止应用最为广泛的 等离子体吸波材料。
的玻璃钢材料 ；碳纤维复合材料 ； 费用低等优点。美国应用等离子 其具有结构多样化、密度小和独
碳化硅纤维复合材料等。涂敷型 体技术，可使一微波反射器的雷 特的物理、化学特性，已经引起
隐身复合材料有以铁氧体吸收剂 达截面在 4 ～ 14GHz 频率范围内 科学界的广泛重视。
为主体的吸波材料 ；以碳化硅吸 平均降低 20dB，即回波的信号强
收率可达 99%。法国也研制出一
种由粘结剂和纳米级合金粉及碳
化硅填料制成的薄膜吸波复合材
晶铁纤维是一种低密度的磁性吸 料，在 50MHz~50GHz 内具有很
波材料，可在很宽的频段内实现高 好的吸波性能。近几年我国在纳
吸收率的效果，且质量减轻 40% 米吸波复合材料方面亦取得了可
到 60%，克服了大多数磁性吸波 喜的进展，相继研制出纳米合金
（4） 智 能 化。 所 谓 智 能 型 材 料 是 指 具 有 感 知 功 能、 信 息 处 理 功 能、 自 我 指 令 并 能 对 信 号 作 出 最 佳 响 应 功 能 的 材 料 与 结 构。 目 前在航空航天领域内，这种材料正 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用， 如 现 在 正处于实验室研究阶段的飞行器 自 适 应 蒙 皮 技 术， 就 要 求 蒙 皮 材 料 对 气 流 的 流 态 做 出 响 应， 以 自 身形变调整与气流接触面的形状， 达到最适应当前气流流态的效果。 此类的材料的潜在价值不可估量， 其已经成为材料科学研究中一个 主要方向。