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题名: 微波吸收材料电磁参数的计算机辅助测量
刊名: 电子科学学刊
出版日期: 1994
期号: 03中文摘要: 微波吸收材料的电磁参数在评价吸收剂性能时是一个重要指标。参数重建属于电磁逆散射问题,而传统的阻抗方法仅利用“正好足够”的测试数据来获取电磁参数,未能利用“冗余”数据对材料的电磁性能作综合评定。本文介绍结合网络参数的多点测量阻抗的优化方法,在测量线上实现了电磁参数的自动测量。文中给出了标准样品和吸收材料的实测结果。
内容类型: 期刊论文
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请问测试时材料与石蜡比例多大合适啊
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第2页/共7页
微波吸收剂的研究现状与发展趋势/王丽熙等 ? 27?
介质中的衰减均与材料的介电常数和磁导率密切相关,通过调 整和优化材料的电磁参数从而达到对入射波尽可能多的吸收。 而吸收剂的作用就是用来调整材料的电磁参数以增加材料对微 波的吸收。
2微波吸收剂的研究现状
吸波材料主要由吸波剂和基体材料构成。由吸波材料的工 作原理可知,吸波材料的吸波能力与吸收剂的吸收能力有密切 关系。因此吸收剂的研制与开发是吸波材料领域的重要方 向‘2|。
2.1微波吸收剂的分类
按材料损耗机理,吸波材料可分为电损耗型和电磁损耗型。 电损耗型吸波剂的弘’弘m=1,tan硫一o,又可以细分为导电损耗 型(如非磁性金属粉、炭黑、碳纤维、导电高分子)和介电损耗型 (如陶瓷)。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料,电磁能主要衰 减在材料电阻上;钛酸钡等属于电介质型吸波材料,其机理为介 质极化弛豫损耗。电磁损耗型吸波剂既有电性又有磁性,电损 耗、磁损耗均较大的有磁性金属粉等;以磁损耗为主的有铁氧体 等。
按化学组成可分为无机吸波剂(如金属粉、金属纤维、炭黑、 碳化硅、石墨粉和纤维、陶瓷粉和纤维、铁氧体等)、有机高分子 吸波剂(如导电高分子聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)、视黄 基席夫碱盐和有机金属络合物(如聚4一乙烯基吡啶的铁离子络 合物等)。金属粉和纤维及铁氧体用得最早,但密度太大。炭 黑、碳纤维和陶瓷密度小,但没有磁性,单独使用不易支撑宽带 的吸波材料。有机高分子吸波剂还处于研究阶段。
2.2电损耗型吸收剂
石墨在很早以前就被用来填充在飞机蒙皮的夹层中,吸收 雷达波,美国在石墨一树脂复合材料的研究方面取得了很大进 展,用纳米石墨作吸收剂制成的石墨一热塑性复合材料和石墨环 氧树脂复合材料,称为“超黑粉”吸波材料,不仅对雷达波的吸收 率大于99%,而且在低温下仍保持很好的韧性。常用对纳米金 刚石粉加热发生相转变[3]和高能球磨[4’53的方法制备纳米石 墨。但用这几种方法制备纳米石墨,既费时又消耗较大能量,成 本非常高。文潮等[6]采用了负氧平衡炸药爆轰的新方法,通过 调节混合炸药的成分来改变爆轰时体系的温度和压力,在合适 的工艺条件下制得了高纯度的纳米石墨。
(2)碳纤维吸收剂
碳纤维的电阻率约为10_2Q?cm,是雷达波的强反射体, 只有经过特殊处理的碳纤维才具有吸波性能。碳纤维的处理主 要围绕调节电阻率,目前的处理工艺有:①降低碳纤维的碳化温 度,以降低其晶化温度,使其结构变得疏松。这种方法效果较 好,但是会明显降低碳纤维的模量和强度。把500~1000℃烧 成的聚丙烯腈碳纤维或沥青碳纤维(电阻率在半导体范围)与环 氧树脂复合,以此作为中间层制备的结构型吸波材料,其反射衰 减大于20dB的频宽为8~12GHz[7’8]。②改变碳纤维横截面的 形状和大小,可以精确控制其电导率。③对碳纤维进行表面改 性,在碳纤维表面沉积一层有微小孔穴的碳粒或喷涂一层金属 镍等,均可以改善其电磁性能,使碳纤维具有一定的吸波性能。
高文等[9]利用SiC涂层或SiC.C共沉积涂层改性碳纤维表面, 使材料对电磁波的强反射特性有所降低,和使复合材料具有一 定的吸波隐身性能或为吸波结构设计提供更多的匹配单元。 (3)碳化硅纤维吸收剂
sb的电阻率可在100~106Q?cm之间依据制造工艺条 件来调节,SiCf需经过适当处理,调整其电阻率在101~103n? cm时才有较好的吸波效果。一般来说,调节电阻率和电磁参数 主要有3种方法:①提高纤维的烧成温度,促使纤维内形成大的 晶粒,降低纤维的电阻率,提高纤维的电磁参数和电磁损耗。② 对纤维进行表面改性,即在表面涂覆含损耗介质的树脂或沉积 导电层(碳层、镍层等),降低纤维的电阻率。程海峰等[1叩通过 在碳化硅纤维上进行化学镀镍来调整电磁性能以改善其吸波性 能。该实验初步得出结论为镍的含量应该在2%~5%(质量分 数)之间。③在纤维内部引入过渡金属元素以调节电阻率和电 磁参数。王军等[9]运用功率超声将平均粒径30nm的超细金属 钴粉均匀地分散到聚碳硅烷中,通过熔融纺丝、不熔化处理、烧 结,制备出具有良好力学性能、电阻率连续可调的掺混型磁性碳 化硅陶瓷纤维。这种纤维与环氧树脂复合制备的三层结构吸波 材料具有良好的微波吸收特性。在8~12.4GHz范围内其反射 衰减达一14dB。小于一20dB的带宽约为2.2GHz。
2.3磁损耗型吸收剂
(1)铁氧体吸收剂
铁氧体吸收剂的电阻率较高(108~1012Q?cm),可以避免 金属导体在高频下存在的屈服效应,电磁波能有效进入,对微波 具有良好的衰减作用,可以直接用作吸收剂,也可以与其他磁损 耗介质混合使用以调节电磁参数,展宽吸收频带,因此在隐身技 术和电磁波屏蔽领域获得了广泛的应用。按晶体结构的不同可 分为立方晶系尖晶石型、六角晶系磁铅石型和稀土石榴石型3种。其中尖晶石型铁氧体应用历史较长,但由于难以满足相对 介电常数和相对磁导率尽可能接近的原则,用纯铁氧体难以满 足高性能吸波材料的要求。但若把铁氧体粉末分散到非磁性微 粒中制成复合铁氧体则可大大改善其吸波性能。Ba系M、w 型六角晶系铁氧体是目前国内外研究较多的材料[12￣14],六角晶 系铁氧体具有高的磁晶各向异性场HA,因而具有高的自然共 振频率fm,成为高微波频段优良的铁氧体型吸收体u 5|。Mesh— ran M R等[16]用于磨、烧结处理过的铁氧体粉末作为微波吸收 剂,以环氧树脂为胶粘剂制成2mm的吸波涂层。在8~12GHz 的频率范围内最低吸收为8dB。
铁氧体吸收剂也存在一定缺陷,如高温特性差,面密度较 大,各种吸波材料对匹配频率只有在匹配厚度的情况下才能做 到无反射吸收,电磁参数匹配困难,吸波性能提高和吸收频带扩 展受限等问题。使用一些铁氧体复合材料或对铁氧体进行改性 是目前研究的主要方向。为实现宽频带,冯则坤等[17]采用2种 不同配方(x分别取2.1和3.2)的M型六角晶系铁氧体材料进 行复合,其化学分子式为:Ba(Tio.sC00s)。Fe-z一。0l。。用弓形法 在2~18GHz频率范围研究了这种复合吸波材料的反射率特 性。当总厚度为20nm时,其反射率≤一10dB。
阮圣平等[18]采用聚乙二醇凝胶法合成了Ba(zn-一。一 Co:):Fe,。02,复合氧化物纳米材料,将制得的材料与传统的微 波吸收剂铁粉结合起来,弥补了钡铁氧体与金属粉末吸收剂各
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