雷達

     涂層能夠賦予雷達天線多種功能與作用,如防護、吸波、電磁屏蔽、抗靜電、重防腐等.隨著雷達在現代通信中的作用日漸重要,雷達上的功能涂料由于其特殊的功能性和不可替代性.這就要求研究人員需要結合工程實際,對功能涂料進行優化,以達到功能實現的最大化.近年來雷達對功能涂料的要求越來越多,進一步研究高性能、多功能、寬頻帶的吸波、多頻譜電磁屏蔽涂料是功能涂料未來發展的主要方向.

    目前,在雷達中的應用及研究中常用的涂層有以下幾方面:

    一、吸波涂料

雷達隱身涂料

    雷達波吸波涂料又稱為隱身涂料,是一種能夠吸收、衰減入射電磁波的功能性涂料.雷達波吸波涂料一般由吸收劑和粘結劑組成,其中吸收劑所具有的特定電磁參數,決定了吸波涂料的吸波性能.

    按采用吸收劑的不同,吸波涂料可以分為鐵氧體系列、視黃基席夫堿鹽、導電高分子、放射性同位素、納米吸波涂料等.

    1、鐵氧體系列吸波涂料

    鐵氧體系列吸波涂料通過將尖晶石型或六角晶系鐵氧體分散在粘結劑中,同時加入一些附加物制備獲得.目前已研制成功并廣泛應用的有Ni-Zn,Li-Zn,Ni-Mg-Zn,Mn-Zn,Li-Cd,Co-Ni-Zn,Mg-Cu-Zn鐵氧體等不同系列.

    日本制備出一種吸波涂料為雙層結構,厚度4.7 mm,當頻帶范圍為1~2 GHz 時,雷達波反射衰減能夠達到10 dB.S.C.Gupta 等研制得到一種單層吸波涂料,吸收劑是六角鋇基鐵氧體,粘結劑是橡膠,該涂料吸收頻帶寬,而且雷達波反射率可在多個頻帶寬度內衰減達到10 dB以上.

    2、 視黃基席夫堿鹽吸波涂料

    視黃基席夫堿鹽是有很強極性的有機聚合物,在雷達電磁波的作用下,原子會發生重新排列,這就能將電磁能轉變為熱能.由于一種視黃基席夫堿鹽只對特定波長的雷達波有吸收特性,如想實現雷達波吸收的寬吸收頻帶,可通過組合不同的堿鹽來完成.

    比格等首次發現用視黃基席夫堿鹽制成的吸波涂層可以使目標的雷達散射截面(RCS)縮減80%,而其密度只有鐵氧體的10%.

    3、 導電高分子吸波涂料

導電高分子雷達吸波涂料

    聚乙炔、聚吡咯、聚苯硫、聚噻吩等導電高分子吸波涂料的吸波性能較好,但通常需要加入磁損耗型的添加劑來提高吸收率和拓寬吸收頻帶.

    鄒勇等用化學合成方法分別制備了HCl 摻雜的聚苯胺(PANI-HCl)和十二烷基苯磺酸(DBSA)摻雜的聚苯胺(PANI-DBSA)粉末,并將該粉末和石蠟共混復合,制備了聚苯胺復合吸波材料.測試表明,在相同的質量分數(小于70%)下,PANI-DBSA 的吸波性能優于PANI-HCl 的吸波性能.當質量分數為70%時,PANI-DBSA 的最大反射衰減為-6 dB,此時對應的頻率為9.2 GHz.

    4、 放射性同位素吸波涂料

    放射性同位素(如Po210,Cm242和Sr90等)的原子核很不穩定,會不間斷地產生高能射線,射線能使局部空間電離得到可吸收電磁波的等離子體.在涂料中加入放射性同位素即可制成非常薄的放射性同位素吸波涂層,它具有吸收頻帶寬、可承受高速飛行、耐用性好等優點,但使用放射性同位素有一定危害,限制了其應用.

    5、 納米吸波涂料

戰斗機雷達納米吸波涂料

    納米吸波涂料以納米材料作為吸收劑,具有吸波性能好、頻帶寬、質量小等特點.法國研制成功的寬頻隱身涂料,由納米級材料(含Ni,Co,SiC 納米顆粒)和粘結劑構成.具體制備過程為,先將Ni,Co,SiC 納米顆粒用真空沉積法沉積在基體上,形成超薄夾層結構;然后將其粉碎成微屑,均勻分散到粘結劑中,復合形成涂層.由于多層薄膜形成的夾層結構磁導率很好,制得的涂層在50 MHz~50 GHz 范圍內具有優異的吸波性能.

    二、 電磁屏蔽涂料

飛機雷達涂層

    隨著通訊、電子、信息產業以及機載、星載雷達等的發展,質量小、強度高的工程塑料、碳纖維復合材料等類型的絕緣或半導體材料的應用越來越廣泛.利用電磁屏蔽導電涂料改善電子產品的抗電磁干擾性能,是一種高效、低廉、方便的技術手段.

    電磁屏蔽涂料一般是將導電填料、合成樹脂、助劑等涂覆在基體表面,形成能產生導電屏蔽效果的固化膜.通常涂料的涂覆厚度越厚,導電性越好,屏蔽性能越好.根據填料的不同,可分為銅系、鎳系、復合型和水系等電磁屏蔽涂料.

    1、 銅系屏蔽涂料

    毛倩瑾等首先以純銅粉為導電填料,丙烯酸樹脂為基料,加入硅烷偶聯劑和有機膨潤土等助劑,經球磨工藝制成電磁屏蔽涂料,屏蔽效能為50~60 dB.隨后又以片狀鍍銀、銅粉和丙烯酸類乳液為主要原料,添加潤濕劑、分散劑、消泡劑、流平劑和水,制備得到了一種屏蔽性能和物理性能都堪稱優良的電磁屏蔽涂料.Cu/Ag 復合涂層的屏蔽效能在100 kHz~1.5GHz頻段范圍內達到-80 dB 左右.

    李正莉等重點研究了有機膨潤土防沉劑對銅系導電涂料沉降率、觸變性、涂層導電性及顯微形態的影響.研究結果表明,作為觸變劑,有機膨潤土可很好地解決涂料中銅粉的沉降問題,顯著改善富環氧導電涂料的觸變性,從而極大地提高涂層表面導電性,涂層表面電阻率最小可至6.0×10-3Ω·cm-2.

    2 、鎳系屏蔽涂料

    由于鎳抗氧化性好、耐化學腐蝕,而且鎳系涂料吸收電磁波的能力強,所以鎳系屏蔽涂料在電磁屏蔽涂料中應用較多.

    涂銘旌等首先研究了鎳粉的表面處理、不同填料配比、不同頻率等對電磁屏蔽導電涂料特性的單因素影響,然后擴展到對涂料制備工藝和性能的研究.所制備的鎳基電磁波屏蔽涂料在10 kHz~1 GHz 頻率范圍內,屏蔽效能達到40~60 dB,其物理性能和環境性能均能滿足《軍用電磁屏蔽涂料通用規范》的要求.

    3 、復合型屏蔽涂料

    復合型電磁屏蔽涂料能夠滿足在較寬頻率范圍內都具有較好屏蔽效能.根據其復合方法,可分金屬/金屬(金屬氧化物)型、金屬/非金屬型、聚合物/金屬型、共混型共4 種.鍍鎳石墨由于導電性比純石墨高,成本比純鎳低,在電磁屏蔽涂料中具有很高的應用價值.

    王進美等利用碳納米管-納米管狀聚苯胺復合材料進行化學鍍層處理,對其上的鎳、銅及鎳銅復合鍍層的結構和性能進行了分析.結果表明,聚苯胺分子表面上的金屬鍍層都具有均勻分布,并且以穩定的納米晶相結構存在.利用壓片法對各金屬鍍覆的聚苯胺材料在1.2~5.2 GHz 進行電磁屏蔽性能分析,復合鍍層聚苯胺的屏蔽效能大于40 dB,比單一金屬鍍層材料更為優異.

    劉繼光等將鍍覆有Ni-Cu-P 合金的輕質聚丙烯粉末與丙烯酸混合,制備出了復合導電涂料.測試結果表明,在測試頻率范圍內,該涂層具有較好的電磁屏蔽效能,非常接近純銅粉涂層的電磁屏蔽效能.

    4 、水性屏蔽涂料

    目前電磁屏蔽涂料研究的重點主要是有機溶劑品種的屏蔽涂料,關于水性電磁屏蔽涂料的研究較少.水性屏蔽涂料由水性樹脂、導電填料、顏填料、分散劑、消泡劑、成膜助劑、增稠劑、流平劑等組成.

    相對有機溶劑而言,水性電磁屏蔽涂料具有成本低、對環境友好等優點.隨著理論和技術方面的逐漸成熟,水性屏蔽涂料將是電磁屏蔽涂料的一個研究熱點.黃婉霞等研制出一種環境和物理性能均符合國家標準的水乳型屏蔽涂層,該涂層的溶劑是水,導電填料為鎳,成膜樹脂為丙烯酸酯.

    三、抗靜電涂料

子掃描陣列雷達

    耐雨蝕抗靜電涂層主要應用于雷達天線罩、指令天線罩等雷達及其附件的防護罩體表面,涂層體系一般包括底漆、耐雨蝕漆、抗靜電漆共3 部分.涂層根據原料和制備工藝可分為摻雜型和本征型抗靜電涂料.

    摻雜型涂料成膜物為絕緣聚合物,通過均勻摻入導電填料制成;本征型涂料的成膜物為導電聚合物,工藝比較復雜.抗靜電涂層所用的樹脂主要是丙烯酸聚氨酯和有機硅改性聚氨酯等.丙烯酸聚氨酯具有良好的裝飾性、工藝性、附著性,與彈性涂層(尤其是彈性聚氨醇)配合性好,比較成熟.有機硅改性聚氨酯涂層具有優異的耐環境特性、電性能以及良好的耐熱性,可以充分保障雷達罩正常工作.

    四、重防腐涂料

軍用雷達

    雷達性能的優劣不僅反映在其探測功能和抗干擾能力、戰時生存能力上,還表現為可靠性和維修性指標的高低.目前要求雷達外部結構的防腐蝕周期應大于5 a,這就對雷達裝備的防腐蝕技術提出了更高的要求,而采用重防腐涂料進行涂裝處理,則能滿足這一要求.

    南方等制備出一種可耐650 ℃高溫的雙組分、可常溫固化耐腐蝕涂料,該涂料以環氧有機硅樹脂作為成膜物質,加入滑石粉和云母粉,以鋁粉作為顏料制得,在冶金、化工、軍工等領域應用前景廣泛.

責任編輯：周婭

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