水泥基吸波材料现状及进展

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如何提高武器的突防和生存能力及战略基地、军事目标的隐蔽能力，大跨度发展隐身技术，全面提高武器系统与战略基地、军事目标的隐身特性，便成为新一代隐身技术发展的重要课题。而隐身材料的发展与应用是隐身技术发展的关键之一。目前世界发达国家正在积极开展新的隐身机理和新型隐身材料的探索和研究，以适应未来战场对隐身材料的更高要求，美国国防部关键技术计划将隐身材料的研制列为重点发展计划，要求未来的隐身材料应具有“厚度薄、质量轻、频带宽、多功能”的特点。

1水泥基吸波材料现状及进展

随着电磁污染的日益加剧和电磁环境的恶化，建立电磁屏蔽和吸波暗室以防止电磁波的干扰已越来越引起人们的重视。同时，根据现代化的建筑设计理论，一些跟电力变压器和部分通讯设施等相关的装备也开始渐渐转入地下，对地下设施的屏蔽就显得尤为重要。为了防止和阻拦电磁波形式的间谍和窃听活动，也需要对建筑物采取电磁屏蔽的防护措施。因而既作为结构材料，又可以通过改性使其具有电磁屏蔽和吸收功能的水泥基复合材料越来越受到关注。

对水泥材料电磁性能的测试也是对水泥材料进行无损检测和成分检测的一种重要手段。通过测试水泥材料电导率的变化可以确定水泥基体与骨料之间结合强度的变化情况，由此可以得知材料内部的破坏情况；通过测定水泥试样的介电常数的变化或者材料对入射电磁波的反射系数和透射系数的变化，可以对水泥材料进行成分测定以及水分含量的测定。

水泥材料是民用和军事工程建设中最常用的建筑材料之一，但水泥本身的电磁屏蔽效能和吸波性能都比较低，通过对水泥材料加入一定的添加剂进行改性来达到对电磁辐射的屏蔽和吸收是一种简单而且可行的方法。在高性能水泥基复合材料的组成方面，所用的无机材料大都是Portland 水泥和高铝水泥体系，可用于水泥基体中的吸波组分主要有三类：导电聚合物类、碳类和金属类。其中，比较常见、应用也比较广的是碳素类（包括石墨、炭黑及碳纤维）和金属类（主要有金属粉、金属纤维和金属片）

。由于水泥成分比较复杂，在选择合适的吸波剂时需要注意各掺合物料与水泥骨料之间的各种物理化学变化，以及各物料的电磁吸波性能，以确定掺合料的品种和比例，同时还应充分考虑复合材料的电磁吸收频带、化学活性、颗粒级配和力学性能四个因素。在可供选用的吸波剂中，考虑到经济性、实用性以及对材料性能的影响，超微粉纤维以及磁性铁氧体等比较适合配制水泥基电磁吸收复合材料。目前已有的研究也表明，它们都可以在实验测试的频段内达到-10~-20dB 的吸收效果，可以满足民用对平板型吸波材料的要求。

2其它水泥基吸波材料

随着纳米科技的迅速发展，纳米吸波材料也引起了人们的极大关注。由于纳米颗粒尺寸远小于电磁波波长，电磁波的透射率要比常规粒子大得多，使材料具有了更好的匹配特性；同时纳米颗粒的活性和比表面积都远远大于传统吸波粒子，当电磁波通过纳米吸波材料时，将有更多微粒产生畴壁共振与涡流损耗，从而使粒子对电磁波的吸收也大于大颗粒尺寸的吸波材料。将纳米TiO 2粉体掺入水泥净浆中制成10~15

mm 厚的试样，发现其在2~18GHz 频段内具有较好的吸收性能。当TiO 2粉体的质量百分比为5wt%时，反射率超过-10dB 的带宽为4.5GHz ，最大吸收峰值可达-16.34dB 。而且掺加纳米TiO 2粉体，材料的力学性能会有一定程度的提高。

空心微珠（或飘珠）是一种新型的多功能材料，它是燃煤电厂排出的粉煤灰中的一种细小、轻质、中空的球形颗粒，其主要成分是硅、铝、铁的氧化物。如果对其进行表面改性处理，则可以用于电磁波吸收或屏蔽材料的制备。粉煤灰粒径小，一般只有3~300μm ，比重轻，具有跟硅微粉类似的性质，可以用作一种分散剂。以Portland 水泥为原料，粉煤灰为添加剂做成4.3mm 厚度的试样，测得在频率1.0GHz 和1.5GHz 时的吸收性能为-4~-8dB 。虽然粉煤灰在降低水泥试样电阻率方面比硅微粉差，但其吸收性能比相同质量百分含量的硅微粉高。这是因为粉煤灰中含有部分Fe 2O 3，起到了吸波作用[5]。

硅粉的具体成分为SiO 2，它属于二氧化硅体系透波剂。具有良好的稳定性和力学性能，在塑料、橡胶、涂料和陶瓷等领域应用非常广泛，是一种常用的工艺原料。常规SiO 2又是无机材料中介电常数极低的物质之一，具有良好的透波性能，常被用来作为窗口材料。Kondo 等曾以SiO 2为基体，以Ni-Zn 铁氧体为吸波剂，对吸波材料的吸波性能进行了研究，发现随着复合材料中SiO 2含量的增加，材料的介电常数和磁导率都呈比例下降，说明复合材料的复电磁参数符合Li-chiteneker 对数混合定律。对复合材料吸波性能的研究结果表明，Ni-Zn 铁氧体复合硅粉后可以提高其吸波性能，吸收达到-20dB 的可供选择的厚度范围比单独Ni-Zn 铁氧体材料得到拓宽。

［参考文献］

[1]巩晓阳,董企铭.吸波材料的研究现状与进展[J].河南科技大学学报(自然

科学版),2003.

[2]熊国宣,邓敏,徐玲玲等.隐身材料和隐身混凝土的研究现状与趋势[J].功能材料与器件学报,2003.

[3]王普照,谭宏斌,冯小明等.掺合材石墨不锈钢纤维对水泥基材料电磁屏蔽效能的影响研究[J].铸造技术,2007.

[4]李凤生,杨毅,马振叶,姜炜.造福人类的电磁屏蔽和吸波材料[J].物理与工程,2003.

水泥基吸波材料现状及进展

彭利

1

窦伟

2

林振荣

1

陈太林

1

（1.徐州空军学院机场工程系，江苏徐州221000；2.徐州空军学院研管40队，江苏徐州221000）

［摘要］对水泥基材料的吸波性能进行了总结，为研究隐身材料具有重要意义。［关键词］水泥基；吸波；隐身

工程技术

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