[发明专利]一种耐高温红外低发射率材料的制备方法及其应用

说明书

本发明属于红外隐身技术领域，具体是涉及一种耐高温红外低发射率材料的制备方法及其应用。本发明把在航天结构、传感器、制动器等微电子系统中电极的Zrb₂薄膜材料，将其作为耐高温的红外低发射率薄膜，应用于武器装备、航空航天飞行器。本发明方法具有工艺简单，操作简易，成本低廉，薄膜性能优异。最终制备的薄膜材料在3～5um波段红外发射率低于0.2，在8～14um波段红外发射率低于0.1；Zrb₂薄膜材料其特殊的晶体结构，兼具陶瓷类材料和金属类材料的优点于一体，具备高强度和弹性模量以及良好的物化稳定性；其熔点超过3000℃，可在低于1000℃环境下稳定工作，作为高超音速飞行器的红外隐身材料。

技术领域

本发明属于红外隐身技术领域，具体是涉及一种耐高温红外低发射率材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着红外探测系统的快速发展和探测精度不断地提高，红外隐身技术无论在飞行器、地面武器装备还是战略战术导弹等方面都引起了世界各强国的高度重视。根据Stefan-Boltzmann定律，物体的红外辐射能量W＝εσT⁴(ε为物体表面的发射率，σ为玻尔兹曼常数，T为物体表面的热力学温度)，因此通过降低目标表面温度和低发射率表层设计，可以调控目标红外辐射强度与背景更趋接近，从而实现目标的红外隐身。针对飞行器而言，目标表面温度通常显著高于背景，由于降低装备表面温度非常困难，技术手段有限且成本代价高昂，因此低发射率材料就成为飞行器红外隐身技术研究的重要方向之一。

现有的主流红外隐身材料为以金属材料作为填料的涂层、低发射率金属薄膜或低发射率半导体薄膜。

填料涂层类是基于金属材料优异的电导率使得其发射率极低。考虑到成本以及产量等问题，多采用金属铝材料；由于金属铝有一定的金属光泽，阻碍了其在可见光范围内的隐身效应，因此常将金属铝与有机黏合剂混合在一起制得红外波段低发射率材料。

随着各类高超音速飞行器的蓬勃发展，目标高速飞行带来表面温度急剧上升(>800℃)，使得飞行器红外辐射强度呈数量级的增加，从而给飞行器高温红外辐射抑制及隐身设计问题带来极大挑战。而金属铝的熔点在600℃左右，有机黏合剂在高温下易氧化裂解，因此基于有机黏合剂的低发射率涂层，无法满足上述苛刻的温度环境要求。

目前能适用于高温工作环境的仅有金属薄膜。而薄膜类的红外隐身材料由于其制备工艺相对复杂，且在高温下具有薄膜团聚、难以与可见光兼容等问题；因此实际应用中多采用填料涂层类的红外隐身材料。因此迫切需求一种能够在高温下稳定工作的、具有红外低发射率的材料来满足日益更新的武器装备、航空航天飞行器的性能需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题或不足，为解决现有高温红外隐身材料存在的贵金属薄膜在高温下具有薄膜团聚、难以与可见光隐身兼容，不能稳定工作的问题，本发明提供了一种耐高温红外低发射率材料的制备方法及其应用。

具体技术方案如下：

步骤1、将基片清洗干净后，固定于磁控溅射沉积载台；

步骤2、选用ZrB₂靶材作为磁控溅射靶，溅射背景真空为低于5×10^-4Pa；

步骤3、通入气氛为纯度大于等于99.99％的氩气，调整溅射气压至0.4-1.0Pa，设定溅射功率为100～400W。

步骤4、使用直流磁控溅射，溅射5～10分钟，溅射速率为10～50纳米/分钟，制备得到ZrB₂薄膜。

最终制备的薄膜材料在3～5um波段红外发射率低于0.2，在8～14um波段红外发射率低于0.1；Zrb₂薄膜材料其特殊的晶体结构，兼具陶瓷类材料和金属类材料的优点于一体，具备高强度和弹性模量以及良好的物化稳定性；其熔点超过3000℃，可在低于1000℃环境下稳定工作，作为高超音速飞行器的红外隐身材料。