吸波材料专栏（二）：三大结构型吸波材料梳理

上期的文章中讲到根据成型特点，可以将雷达吸波材料分为涂敷型吸波材料和结构型吸波材料。

传统的涂敷型雷达吸波材料在实际的工程使用中依旧存在一系列的问题，比如现有的吸波涂层吸收频带较窄，不能满足现代战场环境下，各种侦查手段不间断的侦查，涂层使用中整体重量较大、厚度较厚，限制了在飞行器及某些特殊部件位置的使用，在实际使用中热稳定性较差，不能满足全天候作战要求，并且传统的吸波涂层在长时间使用中还容易出现脱落的问题，需要定期频繁的对吸波涂层进行维护、修补，限制了武器装备的使用。传统的吸波涂层不具有承载能力，功能较为单一，不能够满足具有雷达吸波性能兼顾外观形貌的设计要求。所以对结构型雷达吸波材料的研究和使用，会成为未来吸波材料研究和发展的重要方向之一。在展宽雷达吸波频带，增强吸波性能，降低吸波结构重量方面具有极大的优势，并且能够制作成各种复杂的结构部件，满足各种不同的需要。国外的研究机构对结构型吸波材料的研究较早，在设计、制备、工程应用、性能测试等方面有着完备的经验。美国已经装备部队的B-1轰炸机、F-117A隐形攻击机以及最新的F-22战斗机在不同的部位都使用了各种不同的结构型吸波材料，达到了减轻机身重量，独立成型并且具有雷达隐身的效果。

近年来，结构型吸波材料的发展方向主要有热塑性混杂纱吸波复合材料、耐高温结构复合材料、多层夹芯型吸波复合材料。

1.热塑性混杂纱吸波复合材料

经过多年来国内外研究机构的探索发现，大多数的非金属材料的透波性能优异，其介电损耗和介电常数都比较低。通常将PEEK、PEK等材料的树脂制成单丝或复丝，然后跟其他特种纤维按照一定的比例混杂成束，再编织成立体网格材料或者轻质夹芯材料，其具有良好的吸波性能和透波性能，并且其质量轻，强度高，可塑性好。可以用于制造飞机机身、机翼、导弹壳体等部件。据称，美国海军曾经在建造潜水艇艇身时，使用PEEK材料制备成结构隐身材料，使整体的潜水艇艇身具有良好的电磁波吸收效果。此外，可以使用PEEK与碳化硅纤维进行混杂，使制备出复合材料具有良好的强度，可以应用于导弹的头锥、发动机壳体等部件。

2.高温结构型吸波复合材料

随着技术的进步和发展，飞行器的飞行速度越来越快，其某些部件的工作温度也逐渐升高，诸如发动机部位、导弹前端等部位的工作温度可以高达700-1000℃，高温工况下的部件对电磁波的反射较强，已经成为飞行器整体隐身性能的重要影响因素。在此类部件处进行雷达吸波时，需要具有良好的耐高温、耐热冲击性能，传统的涂覆式雷达吸波涂层远不能满足现实需要，所以结构型雷达吸波材料在这些部位的应用具有很强的现实意义，并且结构型吸波复合材料能够不增加基体重量，对于飞行器来讲，至关重要。

在耐高温结构型吸波复合材料的研究和使用中，陶瓷基复合材料的高比强度、高比模量、耐高温烧蚀、耐氧化的特点使其能够在高温下具有良好的力学性能，并且优于其基体和增强相的介电性能具有可调节的能力，可以实现介电性能较为容易的匹配。

近年来，国外诸多研究机构对高温工况下的雷达吸波材料进行了诸多研究，包括氧化铝、碳化硅、硼硅酸铝等吸波材料，其中碳化硅是近年来发展最快，应用最广泛、最成熟的吸波材料。碳化硅的熔点高达2840℃，在受到氧化后可以在表面生成致密的氧化物薄膜，高温稳定性好，并且其介电性能具有可调节性，但是其介电损耗较低，雷达吸波效果较差。上世纪70年代，日本科学家首次制备得到碳化硅纤维，其特别耐高温，可以再1200℃工况下长期工作，其具有强度高、韧性好、密度和热膨胀率低的优点。通过掺杂改性、引入异质金属元素等方式，提高其介电损耗性能，以获得良好的雷达吸波效果。其中美国洛克希德﹒马丁公司现在已经使用碳化硅纤维应用在某个型号的隐身飞机的直角尾翼上，效果显著。法国ADE公司研制出了一种使用陶瓷基体的吸波材料，其材料主体是掺杂处理的碳化硅纤维，其不仅能够1000℃的温度下具有良好的吸波性能，而且具备良好的可加工性。

国内对高温结构型复合吸波材料进行深入研究较少，没有具体的实际应用。目前高品级的碳化硅纤维作为战略资源，对我国是禁运的。随着隐身技术愈发重要，高温结构型吸波复合材料的研发也迫在眉睫，该领域的也突破也在不断的进行。

3.多层夹芯型吸波复合材料

夹芯型结构吸波复合材料是指在面板与底板间加入芯材，从而形成一种三明治结构的吸波材料，现在主要使用的芯材有蜂窝、波纹状结构或角锥结构夹芯材料等。夹芯型结构吸波材料相比于其他种类的吸波材料具有较多的优势，诸如能够展宽吸收频带、具有很强的可设计性、机械力学性能好。国外的研究机构利用软件设计模拟每一层介电性能，继而将复合材料制成多层结构，这种结构可以在保证良好吸波性能的同时，具有优良的承载能力，并且可以减轻整体部件质量，是隐身飞机蒙皮材料的最佳选择。

蜂窝结构材料的设计灵感来源于天然蜂巢，其结构呈现六边形蜂窝状。蜂窝结构吸波材料相较于其他结构的吸波材料有如下特点:重量轻、比强度高、比刚度高。重量轻、密度小的特性使其非常适合做夹层结构中的夹芯，达到减轻结构重量的效果；比强度、比刚度高的特性使其满足了各向异性设计与制造的要求；此外它还具备导热系数低的特点，因而在某种程度上能够作为保温结构部件。将蜂窝结构应用于隐身技术有两方面优势，一方面它可以起到结构部件的作用，实现承载功能；另一方面还可以降低电磁波的反射率以达到吸波隐身的效果。因此在航空航天领域对蜂窝结构吸波材料进行了详尽的系统研究。国外的研究机构在应用领域一直走在前列。其中美国洛克希德﹒马丁公司研制的A-12高空高速侦察机，为了减少飞机的雷达可探测性，在主要的雷达波反射面进行了一系列的隐身处理，其中在翼面和机身的边缘部位使用了大量的结构型雷达吸波复合材料，其中机身边缘、机翼前缘以及升降副翼等部位使用的都是蜂窝吸波复合材料。不同于传统的从机身外部着手进行吸波实现隐身，A-12的独特之处在于将吸波构造建立在了飞机内部，在实现隐身的基础上同时对吸波材料起到了保护作用。现在最先进的F-22飞机具有良好的雷达隐身性能，其雷达吸波材料可谓是全面覆盖，它所采用的吸波材料大多是形式各异的结构型雷达吸波复合材料，其中在机身采用了大高度蜂窝夹芯结构型雷达吸波复合材料，并且复合了大量的天线等传感器，使机体外表面呈现出流线型的特点，进一步降低了飞机的雷达散射截面积。

国内的研究机构针对蜂窝吸波材料做了大量研究，通过电匹配设计，可以对多层蜂窝的电磁参数进行一定程度上的设计，能够实现提高吸波性能的目的。目前，国内的蜂窝结构型吸波复合材料大多数侧重于试样级别的电性能研究，工程应用较少，并且存在一系列的问题，比如：材料批量稳定性差，工艺不够稳定成熟等。

吸波材料第一篇：提高武器装备战场生存能力的‘神器’—雷达吸波材料

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