雷达波隐身涂料的研究现状和前景

材料表面工程学

报告

学生班级：材料物理081 学号： 24 姓名：喻湘洪

雷达波隐身涂料的研究现状和前景摘要：隐身技术是当今世界各国重点发展的国防高技术．隐身涂料普遍应用于军事领域。雷达隐身涂料是隐身技术的重要组成部分之一。重点介绍了隐身吸波涂料的种类，阐述了各种涂料的特点、最新研究现状及应用，对吸波涂料的发展趋势进行了概括。

关键词：：雷达隐身材料、隐身涂料、吸波涂料、发展趋势

Abstract：Stealth technology is the world focus on the development of defense high technology. Stealth coating is generally applied to the military field. Coating is the most important part of stealth technology one. Mainly introduces stealth antiradar coating, expounds the types of the characteristics of various coating, the latest research status and the application of the development trend of the antiradar coating were summarized.

key words：radar stealth material；radar coating；absorbent material;development trend. 1.引言

现代战争、特别是高科技条件下的局部战争，是一场以中远程精确打击为特点的海、陆、空、天、磁五位一体化信息战争。而随着现代科学的突飞猛进，声、光、电、等技术的迅猛发展，极大地丰富了信息的获取手段，而这些技术也正在改变着世界各国的军事探测和防御体系。高科技带来的军事高技术的迅猛发展，世界各国防御体系的探测、跟踪、攻击能力越来越强，陆、海、空各兵种地面军事目标的生存能力，以及武器系统的突防能力日益受到严重威胁。为了隐蔽自己，巧妙打击敌人，大力发展隐身技术并装备有隐身功能的武器系统已成为争夺国防高科技制高点和控制战争主动权的重要手段。

隐身技术便是在探测与反探测技术进步中发展起来的一种军用技术，隐身技术是指减小目标的各种可探测特征，使敌方探测设备难以发现或使其探测能力降低的综合性技术。它又被称为隐形技术，是综合流体动力学、材料科学、电子学、光学、声学等学科技术的交叉应用技术，通过改变武器装备等目标的可探测信息特征，使敌方探测系统不易发现或发现距离缩短的综合技术。是传统伪装技术走向高技术化的发展和延伸。现代隐身技术包括雷达隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术、可见光隐身技术、声隐身技术以及复台隐身技术等。鉴于世界上用的最多、最有效的侦察手段是雷达侦察，因此对雷达的隐身技术势必就成为一种最重要的隐身技术。目前雷达隐身技术主要有两方面，一是隐身外形技术，另一是隐身材料技术，隐身外形技术现已发展到顶峰，要想通过外形来减少雷达的反射面积十分困难。所以隐身新技术的发展重点就放在了隐身材料技术方面。因而隐身涂料在现代隐身技术中具有广阔的发展前景。

2. 材料隐身技术

雷达发射的电磁波碰到金属材料时易感应生成同频电磁流并建立电磁场, 向雷达二次辐射能量。材料隐身设计通过使用能够吸收和衰减电磁波的吸波材料, 将电磁能转化为热能耗散掉或是造成电磁波因干涉而消失。在材料隐身设计中，有两个关键问题: 一是如何让入射波能够最大限度地进入材料内部而不被表面反射; 二是如何让进入材料内部的电磁波能够迅速地被材料吸收衰减。近年来，相关研究人员已经在隐身材料方面的研究取得了长足的进展。

雷达隐身涂料实质上是一种高分子复台涂料它是以高分子溶液或乳液为基料．把吸波剂和其它附加成分分散加人其中而制成，或者高分子溶液(或乳液)本身具有吸波功能。近年来，雷达臆身涂料正向薄涂层、宽频带和

高效能方向发展，并不断开发出新型吸波涂料。

【1】铁氧体吸波涂料

在涂料中加入铁氧体，如锰锌、镍．锌、锂一锌、锂一钛等不同系列不同的铁氧体的电磁参数差别很大。这种涂料的涂装工艺简单，使用方便，但是增加飞行器的消极重量，涂层剥离强度低、吸收频带窄、涂层厚和耐高温性能差等，这些缺点限制了它的应用通过控制磁体性质、吸收体的厚度、损耗因子及阻抗等各种因素，可将材料调谐能够吸收某单一频段、选定的多种频段或宽频带的电磁波。

【2】纳米隐身吸波材料

纳米材料是指材料组分的特征尺寸在纳米量级的材料。它独特的结构使其自身在较宽的频率范围内显示均匀的电磁波吸收特性。根据吸波机理的不同, 纳米隐身吸波材料主要可分为电损耗型和磁损耗型两大类。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等。主要特点是具有较高的电损耗正切角, 依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化的衰减来吸收电磁波。磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等, 已知纳米铁氧体粉、磁性金属粉、磁性纤维等材料具有较高的磁损耗正切角。可通过利用磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等磁极化机制来衰减和吸收电磁波。

【3】导电高分子吸波涂料

导电高分子吸渡涂料主要是利用某些具有共轭主链的高分子聚合物，通过化学或电化学方法与掺杂剂进行电荷转移作用来设计其导电结构，实现阻抗匹配和电磁损耗，从而吸收雷达波。如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚对亚苯、聚苯硫、聚噻吩等都属于导电高分子吸渡涂料，单一导电高分子聚台物虽有较好的吸波特性，但吸收频带比较窄，为了展宽吸收频带，通常要加入添加剂添加剂一般是磁损耗型的材料，加入后对导磁率没有明显影响，但对提高吸收率和展宽频带有明显效果。

【4】放射性同位素吸波涂料

在涂料中加入放射性同位素，如po210、Cm242等，利用其放出的高能射线使目标附近的局部空间产生等离子屏，形成含有大量自山电子并与自由空间相匹配的等离子体区．可以吸收相当宽频带的电磁波并且该涂料具有吸收频带宽、反射衰减大、使用周期可控制、施工简便、能承受高空高速飞行时的气动影响、使用寿命长等优点。但该涂料使用放射性同位素材料，其应用仍受到一定的限制。

【5】纳米碳、氮化物吸波材料

纳米陶瓷是指在显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在小于100nm的陶瓷材料。随着材料的超细化，对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响。常见的纳米吸波陶瓷粉末主要有SiC、Si、N及复合物Si/C/N等。这些材料具有耐高温、质量轻、强度大、吸波性能好等优点。

【6】过渡金属硫化物纳米吸波材料

过渡金属（如钼、铁、钴和镍等）硫化物纳米复合材料具有不仅在紫外、近紫外、可见光区有吸收, 而在近红外光区也有吸收的特点。因此, 对过渡金属硫化物纳米复合材料的研究也正成为吸波材料研究的热点。【7】矿物吸波材料

在地质过程中形成了数量众多，种类不同的矿物。这些矿物对入射电磁波表现出了一定的反射、吸收、散射和透射性能。不同类型矿物的电磁参数及其吸收电磁波性能也有着较大的差异。但这些天然矿物成本低廉，若将某些具有优异电磁特性的天然矿物经过特殊处理，即可研制出低成本高性能的矿物吸波材料。对这类材料的基本技术要求是能对指定频率范围内的电磁波实现高效宽带吸收。在这类材料研制中，矿物材料加工制备成吸收填料尤其重要。经过成都某大学和中国地质科学研究院的研究人员研究表明，某些铁锰类矿物和过渡族元素氧化物在一定频段内具有适宜的电磁参数，经过特殊加工处理后，有能力成为吸收剂的重要原料。在实际工程应用中，使用铁砂、稀土矿物或铁氧体矿物作为原料制备吸收剂，并将复合铁氧体矿物制备为吸波材料。实验表明在X～XX GHz频段内，该材料的吸收率能够达到XXdB的吸波频宽大于XGHz。此材料已成

功地作为某种国产飞机的吸波片材得以应用。

【8】视黄基席夫碱盐吸波涂料

视黄基席夫碱盐是一种有机化台物，谚化合物在受到雷达电磁波作用时，其原子会进行一种轻微而短暂的重新排列，从而吸收电磁能量，其对雷达波能量的吸收太于磁性—耗能型吸波材料，而重量却仅是磁性吸波材料的十分之一。通过对同的视黄基席夫碱盐进行改进和组合，能吸收全频段的雷达波。

【9】等离子体吸波涂料

等离子体吸波涂料是将放射性物质涂覆在目标上，使目标表面附近的局部空间电离，形成等离子体来吸收电磁波的能量。早在20 世纪60 年代，前苏联就开始了等离子体吸收电磁波性能的研究。8O 年代初开始了等离子体的实验，重点研究等离子体在高空超声速飞行器上的潜在应用。此技术最大的特点就是不用改变装备的结构，只需利用等离子体发生器就可以实现隐身目的，且隐身效果非常好。目前，这种技术比较先进的国家是俄罗斯和美国。

【10】手性吸波材料

手性吸波材料能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。与其它吸波材料相比有两个优势：一是调整平性参数比调节介电参数和磁导率容易，大多数材料的介电参数和磁导率很难满足宽频带的低反射要求；二是手性材料的频率敏感性比介电参数和磁导率小，易于拓宽频带。由于手性吸波涂料的研究还处于起步实际应用中还有许多问题( 成本高等) 有待解决。

【11】激光隐身技术

激光隐身的原理主要是基于激光测距机的测距方程。由脉冲激光测距机的测距方程可知，对于漫反射大目标，激光测距机的最大测程与目标反射率的二分之一次方成正比；对于漫反射小目标，激光测距机的最大测程与目标反射率的四分之一次方成正比。因此，要实现激光隐身，消弱激光测距机的测距能力缩短其最大测程，必须降低目标对激光的反射率。其中隐身外形技术主要是设计和改变目标的几何外形，使目标的激光散射截面尽量减小；隐身材料技术则主要是设计和采用对激光低反射率的材料。

【12】稀土吸波涂料

稀土元素吸渡涂料是新开发研制的一类吸波涂料，其以稀土磁性材料为吸收剂一另外，稀土元素常作为添加剂加在其它吸波涂料中，用以调节吸波材料的电磁参数。

3．隐身涂料的应用

目前，在各种臆身技术中，雷达臆身涂料技术是最成熟的由于其使用方便灵活、可调节、吸收性能好等优点而受到世界上许多国家的重视，部分隐身工事以及几乎所有的隐身武器系统上都使用了雷达隐身涂料。雷达隐身涂科的发展使得隐身武器系统得到了长足的发展，井在近十年的局部战争中充分发挥了，武器设备的有效的突防能力和攻击作用其最重要的应用是生产各种隐身色行器，包括各类隐身的侦察机、轰炸机、战斗机、无人机、直升机、巡航导弹等。如美国的U一2S飞机、SR一71战略侦察机、Rl17A 隐身战斗机、132隐身轰炸机、F一19隐身战斗机、F-22隐身战斗机、F／A一18C／D战斗机、F／A一18ER 超大黄蜂战斗机、RAH 一66武装直升机、AGM一86B战略巡航导弹、AGM一129战略巡航导弹，俄罗斯研制的S54隐身战斗机，德国研制的AT一2000隐身飞机，日本的FS-X、FI—X 隐身战斗机、xSSM Ⅱ型面对面莳导弹，等等。

吸波涂料的研究始于第二次世界大战期间，起源于德国，由美国发展并扩展到英、法、俄罗斯及日本等发达国家。吸波涂料的开发和应用是隐身技术发展的重要精髓，是武器装备实现隐身的基石。我国在吸波涂料的发展方面与国外相比还有很大差距，还存在面密度高、柔韧性差、附着力低等问题，因此，急需研究各种新的吸收剂，探讨新的吸波机理以满足吸波涂层所追求的“薄、轻、宽、强”的目标。隐身技术是继第二次世界大战发明雷达和喷气发动机以来最重要的军事发明，它改变了未来作战的方式，且很快建立起作战优势和战场主动权，特别是控制权。

近年来，美、俄、法、德、日等国都把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和探索。美国在此方面的研究一直处于世界前列，据报道，美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99%；美国研制的宽频微波吸波涂层材料是由胶粘剂和纳米级微粉填料构成。这类多层结构具有很好的磁导率和红外辐射率，对50MHz～50GHz的电磁波具有良好的吸收性能。例如，美国F117型战斗机使用的隐身材料就含有纳米粒子。法国也已经研制出一种宽频隐身涂层，这种涂层由粘合剂和纳米级微填充材料(由Co、Ni合金和SiC纳米颗粒成)。对50MHz～50GHz范围内的电磁波具有良好的吸收性能。此外，国外对Fe、Co、Ni等纳米金属及合金吸收剂进行了广泛的研究。一般来说，采用多相复合法制出的复合粉体具有优良的吸波性能，其吸收频带宽，当吸收率大于10dB时，吸收带宽可达3.2GHz。另外，国外对纳米金属氧化物吸收剂也进行了大量研究。具有复合结构的金属氧化物吸收剂不仅有良好的吸收雷达波性能，同时还有抑制红外辐射的功能。

随着技术的进步，激光隐身术将在其他常规武器中得到越来广泛的应用。目前美国的隐身兵器居世界领先地位，俄、英、法、德、日和瑞典等国也在积极发展。我国在此方面也已经开始了针对性的研究，据报道，国内激光隐身涂料对1.06μm波长的激光吸收率已高达95%以上。目前，可见光、红外、雷达、激光波段兼容，并且均能达到良好隐身性能的多功能材料是研究的重点，红外与激光复合隐身中红外隐身需要低发射率的材料，激光隐身需要低反射率的材料，这两者的复合隐身是矛盾的。据报道，通过对各种红外透明粘合剂如酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂、Kiaton树脂、改性乙丙橡胶的研究，以及一些金属颜料、半导体颜料如IT O的研究，已基本上研制出1.06μm激光与8～14μm红外波段的复合隐身涂料。此外采用双层乃至多层涂敷法也是复合隐身研究的一种比较容易的方法。由实验分析可知，激光隐身涂料对雷达波的透波性能良好，并且厚度很小约为0.1mm，可以将其涂敷于雷达吸波材料表面，从而实现激光与雷达复合隐身。

4．结束语

隐身技术的出现打破了世界各国现有的攻防平衡，显著提高作战平台(进攻平台和防护平台)的效能，提高电子作战能力，提高目标物的生存和突防能力，是当今世界各国重点发展的匡防高技术。雷达隐身津料是隐身技术的重要组成部分之一，多频段、宽频带、多功能、轻质、薄厚度是当前隐身吸渡材料的研究目标。其中，纳米隐身涂料、手征性涂料以及智能型隐身涂料是今后雷达隐身材料的主要发展趋势。多频段、强吸收的多波段隐身涂料，必将成为激光隐身涂料的一个发展方向。

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