[发明专利]一种雷达波吸收和抗反射涂料的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于微波吸收涂料的技术领域，涉及一种抗雷达波在金属表面上反射的吸收涂料技术。将尺寸均匀的金属粒子和半导体粒子融入绝缘性的涂料中，制造出在宽波段和超薄的雷达波吸收系数α为100/cm数量级的包含金属粒子和半导体粒子的混合涂料，实现宽波段和薄膜(～0.3mm)型的涂料在金属表面上吸收雷达波，达到在金属表面抗雷达波反射的目的。 

背景技术：

国内公开发表的相关文章显示：大多数提高材料吸波能力的研究集中在研究制备成1～4mm厚的膜和测试表征其宏观特征。研究材料的相对复介电参数ε、相对复磁化率μ参数、和微波反射率等方面的性能。却往往忽略了当制备的薄膜材料的厚度达到1～4mm后，已经具备了波的干涉特性。波的干涉相消效应达到在对应波段的范围，薄膜材料具有低反射率。而基于材料与微波吸收的微观方面的研究报道，和材料本身的微波吸收系数频谱的报道则很少。 

目前，研究的材料多分为电阻型、电介质型和磁介质型三个类型。用各种材料的颗粒粉、片状、或各种纳米粉粒，并通过各种方法改变材料的宏观表征参数，达到所期望的结果，实现在特定波段内降低微波的反射率。特别是近年来，各种磁性材料的纳米粉的采用，混合方式，及其混合比的变化，提高了材料的性能，使得厚度在1～3mm的吸波材料膜层就能达到明显地降低放射率的效果。且在8G～14G的波段内，还得到一个明显的干涉型的抗反射峰(-30dB左右)，进一步将干涉抗反射峰附近波段的反射率降到(-10～-15)dB左右，或更多一些。然而使用的这三个类型材料，电阻型、电介质型和磁介质型材料都有这样或那样的缺点： 

1.电阻型：碳化硅纤维、导电高聚物、石墨等。其导电率低，材料本身的反射率和吸收率都随之很小。优点：反射率小。缺点：作为涂覆层要求一定的厚度，才能抗反射。而这厚度在特定的应用中无法被接受。 

2.电介质型：钛酸钡钛酸钡和铁电陶瓷等介电材料之类。其导电率极低。有与电阻型材料相似的缺点 

3.磁介质型：铁磁性材料，有铁氧体、羰基铁、多晶铁纤维、磁性金属微粉、磁性金属纳米和空心微球镀磁性金属(镍)等。 

铁氧体系列缺点：密度大、高温特性差。文章《微波铁氧体吸收剂复磁导率和复介电常数的温度特性研究.功能材料，1994，25(2)：169～171》表明，当温度由25℃至100℃变化时其吸收性能呈下降趋势。 

磁性金属微粉和纳米材料有制备上的严重缺陷：粉体分散性不好，易团聚，化学稳定性(如抗氧化、耐酸碱能力)差，与有机介质相容性差；和铁磁性物质的强吸附特性。当吸附的铁质或磁性介质颗粒尺寸超过5um时，则抗反射层会失效。这也是磁介质型材料的共同的缺陷。使用期间，吸附的铁质或磁性介质颗粒的去除，会大幅度的增加使用维护的时间和费用。 

还有，材料的磁性源于电子自旋波，是多体行为反映，尽管磁性材料的静磁化系数很高10^3-4，但其高频率响应的特性极差。当频率升高到微波段，其磁性材料的磁化系数会锐减。磁性材料的高频磁化系数往往小于10，只有5左右。 

在很多公开发表的磁性材料纳米粉涂层的各种研究报告中表明，厚度1-2mm的磁性材料纳米粉涂层，其反射谱表明涂层抗反射的特性。在很多的这些抗反射谱中，有一个干涉抗反射的锋，若改变涂层的厚度时，该抗反射锋的位置会移向低频波段，也就是反射率的降低不是主要源于材料吸收，而源于波的干涉相消作用。文章《四针状氧化锌晶须雷达吸波涂层的优化设计与机理分析》和《吸波剂含量和涂层厚度对微波吸收性能的影响》都很好的证明了这一点。在《四针状氧化锌晶须雷达吸波涂层的优化设计与机理分析》中的图2.6-2.9显示，材料的n值增加(材料的折射率n正比与ε和η乘积的平方根)，干涉相消型的抗反射峰就向低频移动；和材料的厚度增加时，干涉相消型的抗反射峰向低频移动；材料的厚度增加一倍，则干涉型的抗反射峰移动到对应与二分之一的低频频率处。 

国外的研究以美国为主，F117之前未有“超黑粉”，之后研制出“超黑粉”，并已应用。将反射率降到1％左右。可以预见，在不远的将来，对于特定的波段，干涉相消型抗反射技术的采用能将反射率降到0.5％以下。我国科研工作者的大量科研结果和Sang-Hwan Cho，et.al.的文章《A Black Metal-dielectric Thin Film for High-contrast Displays，Journal of the Korean Physical Society，Vol.55，No.2，August 2009，pp.501 507》证实了这种技术的可行性。