www.188betkr.com 讯探测技术的进步提升了战争中搜索敌方武器目标的能力,而己方飞行器以及攻击型武器等如何不被敌方“捕获”也成为军事发展中必须解决的问题,故隐身技术应运而生。
飞行器总体隐身的实现是由于探测器发射的雷达波被损耗吸收,致使地面设备无法实现探测。具体的途径包括外形隐身技术、材料隐身技术等,其中近一半的效果归功于材料隐身,即飞行器涂层中的填料粒子(常称为吸波材料)对雷达波的损耗吸收,所以高性能吸波材料的研发与应用是隐身技术领域的关键。
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总体上常用的吸波材料包括:碳系吸收剂、铁氧体吸收剂、陶瓷基吸收剂、磁性金属粉吸收剂、导电高分子吸收剂以及手性分子吸收剂等。常见的磁性吸波材料从类型上讲包括铁氧体、磁性金属粉及其合金、纳米金属粉等。
铁氧体吸波材料凭借其同时具备介电损耗和磁损耗的优势成为当前研究较多、发展较为成熟的一类。其主要优势是良好的频率特性、制备的涂层较薄以及成本较低。但其温度稳定性差,密度大等也严重制约了它的实际应用。在多种类型中尖晶石型铁氧体应用最为广泛,主要代表为Fe3O4和CoFe2O4。而磁铅石型铁氧体具有六角形晶体,有较高的磁晶各向异性和高的共振频率,适用于厘米波和毫米波的吸收。
Fe、Co、Ni是最常见的磁性金属材料,它们及其合金材料的晶体结构相对于铁氧体而言比较简单,磁导率和饱和磁化强度大,不易受温度影响,低频吸波性能良好。而在他们基础上延伸出的Fe-Co,FeSiAl等吸收效果也十分优异。羰基铁粉(CIP)也是一类磁性金属微粉,不同的是它的吸收性能更加优异,所以是当前最为常用的磁性吸波材料。纳米金属粉及多晶铁纤维是在金属粉的基础上对尺寸和形貌进行了一定的改进,制备工艺较为复杂。
羰基铁粉
为获得优异的吸波材料必须从新材料的研制及现有材料的尺寸调控、复合和结构创新等方面着手,所以对磁性吸波材料的制备工艺研究尤其重要。当前常见的制备工艺有:高能球磨法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法等。
高能球磨法是将球磨介质的动能和重力势能作用于材料上,使其发生变形和破碎,同时还伴随着固相相变,使得材料活性上升,引发物理和化学变化,是一种通过机械能改变材料性能的工艺方法。对于磁性粉体材料而言,高能球磨法使粉体细化的同时还可以使得材料由球状变为片状等,对材料磁导率和吸波性能有直接影响。
而这主要受研磨参数的影响,包括球磨转速、时间、磨球配级、球料比以及助磨剂等多个因素,所以这些因素的研究是实现高能球磨法提高磁性吸波材料磁导率的首要问题。
(1)转速。当转速较低时,磨球和材料所受的向心力的向上分力远小于重力,沿斜面滑下形成的落差不足,研磨作用很小,效果较差。当转速上升至可以使向心力较大,磨球的动能足以对材料有足够撞击作用时,研磨效率最高,此时称为最佳工作转速。如果罐体的转速很高,离心力的作用使得材料和磨球随罐体一同旋转,研磨效率则很低。所以说球磨机的转速高低,直接影响材料最终的研磨效果及其性能。
(2)时间。随着研磨时间的增加,颗粒的尺寸不断下降。但是当尺寸下降到某个值时,粉体表面自由能增加,团聚和冷焊现象出现,研磨效果反而变差。因此,随着研磨时间的延长,粒径减小到一个稳定的值就不再减小,甚至略有上升。球磨的过程是颗粒与磨球的相互作用过程,所以最终的尺寸取决于对粉体的破裂强度与粉体自身强度的大小关系。
(3)磨球直径及配比、球料比。所有通过球磨机进行研磨的物料都是磨球与材料之间相互撞击、摩擦而完成的。因而,磨球的直径大小及其比例显得尤为重要。直径大的球主要起冲击作用,用来提高球磨过程中撞击磨料的能量;而直径小的球主要起细化作用,用以提高研磨效果和有效碰撞概率。球磨罐中球与材料的比例对研磨效果亦具有突出影响。提高球料比会产生高能碰撞,但有效碰撞减少,而过小,则会造成研磨不充分,球磨效果减弱。这主要取决于粉料特性,譬如粉料的硬度、研磨介质。
(4)助磨剂。作为添加剂,适量地在球磨过程中添加助磨剂可对材料表面产生物理化学作用,从而提高其分散性以及防氧化效果,达到理想的细化效果。目前主要有偶联剂、醇类、硬脂酸钙、醇胺类以及各类保护气等。
资料来源:张志平,羰基铁粉微波磁导率提升与工艺实现研究,南京航空航天大学
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