透波材料及纤维增强透波复合材料的研究进展

介绍了石英陶瓷透波材料、氮化硅陶瓷透波材料、氧化硅纤维增强透波复合材料、氧化铝纤维增强透波复合材料、氮化硅纤维增强透波复合材料在力学性能、介电性能、烧蚀性能等各方面的综合性能,并详细综述了透波材料应用于航空航天领域的国内外研究成果及难点。

氮化硼的介电特性及其在微波加热中的热透波性能

耐火结构的热透波性能对微波加热的模式和效率均具有重要影响,所以明确耐火结构在微波加热过程中的动态热透波性能变化至关重要。本文以氮化硼陶瓷为研究对象,通过实验测试了其在915 MHz、2 450 MHz两种频率下的宽温域(25~1 000℃)介电特性,采用传输线理论计算了氮化硼陶瓷的功率透过系数,并对其介电常数、介电损耗因子等参数的温度特性进行了分析。研究表明:25~1 000℃,两种频率下的介电常数变化幅度较小,介电常数仅变化了1.8%左右;两种频率下的介电损耗因子随温度呈波动性变化,900℃之后都呈指数增长的趋势。微波在氮化硼陶瓷中的波长和穿透深度均随温度的增加呈现下降趋势;当频率增大时,穿透深度随频率的增大而减小。氮化硼陶瓷的透波性能在两种极化模式下存在明显差异,水平极化(TM)明显高于垂直极化(TE)。当频率为915 MHz时,可以考虑材料厚度值为0.08 m左右作为优化材料厚度,同时以入射角度在θ_(i)≤67°范围内入射具有良好的透波性能(PTC≥0.7)。当频率为2 450 MHz时,可以考虑材料厚度值为0.06 m作为优化材料厚度,在TE极化模式中应优先考虑微波入射角度在θ_(i)≤58°范围内入射,在TM极化模式中建议入射角度θ_(i)≤77°入射具有较好的透波效果(PTC≥0.9)。本研究对微波加热设备内炉衬材料的选择、工艺参数的设定以及有效提高微波能的利用率具有重要的现实指导意义。

硅酸盐水泥基材料透波性能研究进展

5G通讯时代对电磁波信号的传输和覆盖有更高的要求,电磁波信号的传输会因密集的建筑物而不断衰减。硅酸盐水泥基材料作为建筑工程领域最常用的一种材料,提高其透波性能对于改善无线通讯系统的信号强度具有重要价值。此外,透波型水泥基材料具有雷达侦察条件下的隐身性能,在军事工程领域同样用途广泛。首先介绍了电磁波的透射机理,然后概述了电磁波在水泥基材料中的传播机理与透射性能评价指标,归纳了水泥基材料透波性能的测试方法,最后总结了影响硅酸盐水泥基材料透波性能的因素,并提出了透波水泥基材料的研究方向。

FRP透波窗性能设计研究

本研究针对FRP透波窗在使用频段范围实现透波率和结构性能的需求,通过材料选择、透波性能设计、仿真分析和结构设计,采用夹层结构形式,制造了FRP透波窗试验件,进行了结构试验和透波试验。试验结果表明,FRP透波窗的结构设计满足承载和密封性要求,同时在1.0GHz~3.0GHz频段范围内的透波率均大于80%,满足透波性要求。实现了对FRP透波窗的承载、密封和透波的设计要求,可以对内部设备的运行状态实现监测。

高透波低导热聚酰亚胺复合材料的制备与性能研究

以一种含氟聚酰亚胺树脂为树脂基体,石英纤维布为增强体,采用热压罐成型方法制备了石英增强聚酰亚胺树脂基高透波低导热复合材料。首先通过DSC及黏温曲线对含氟聚酰亚胺的固化行为进行初步判定,然后通过研究不同固化工艺参数对复合材料力学性能的影响,确定了最优固化工艺参数,最后研究了复合材料的导热性能、介电性能及其在宽频范围内的透波性能。结果表明:聚酰亚胺复合材料成型过程中的最优加压温度为300℃、成型压力不小于1.00 MPa、固化温度为370~390℃。按照最优工艺参数制备的聚酰亚胺复合材料在25~450℃范围内导热系数为0.57 W/(m·K),且在7~18 GHz内具有优异的介电性能,透波率达83%以上,满足透波功能材料的使用要求。

高温电磁透波材料的研究进展

高速飞行器的飞行马赫数不断提高,位于其前端的天线罩部件对高温透波材料提出了迫切需求。本文综述了近年来耐温1300℃以上电磁透波材料体系(包括透波陶瓷增强体、透波陶瓷基复合材料和透波涂层等)以及新型制备工艺(包括快速烧结技术和3D打印技术等)的研究进展,同时介绍了本团队在相关领域的最新研究工作,指出高温透波领域还存在新型连续透波纤维成本高昂、高温透波领域可用材料体系较少及透波材料高温下透波与烧蚀性能演变规律尚不明确等问题,最后对高温透波领域在透波纤维工艺优化、新型高温透波材料预测、透波材料使役性能分析与评估等方面未来的发展趋势做了展望。

陶瓷透波材料的特性及粘接强度影响研究

陶瓷透波材料除了具备无机材料的表面特性外,还具有满足介电性能的材料密度和孔隙率。陶瓷透波材料特点决定了材料粘接需要进行测试和分析。进行了陶瓷透波材料的粘接试验,从陶瓷透波材料方面分析了影响粘接强度的因素,进行了石英陶瓷(QC)、石英纤维复合陶瓷材料(QFC)、氮化硅陶瓷(SNC)的粘接强度试验,分析了陶瓷透波材料结构、强度、表面粗糙度和表面孔隙对粘接强度的影响。结果表明:硅橡胶胶粘剂对几种陶瓷材料的粘接强度差别在5%~10%,而环氧树脂胶粘剂的粘接强度大于陶瓷透波材料的强度,出现被粘物破坏情况。

透波疏水涂层制备及性能研究

透波涂层作为天线罩最外层材料,不仅要对天线罩起到保护和美观的作用,还要能实现透波的电磁功能。天线罩表面涂覆疏水涂层能有效降低水滴在其表面黏附性,减少水滴对天线罩透波性能的影响。本文通过在低介电的氟碳树脂涂层中引入介孔二氧化硅粒子,构造了疏水表面。研究结果表明:10wt%二氧化硅粒子涂层体系疏水角达到129.4°;同时,偶联剂改性介孔二氧化硅粒子提高了粒子在溶液中的分散性。对比研究涂层体系的耐冲击性能、铅笔硬度、附着力、介电性能、透波性能,结果表明10wt%改性介孔二氧化硅粒子涂层具有优异的综合性能,实现了天线罩涂层透波、疏水功能的一体化。

表面缝隙对透波材料RCS的影响分析

将电磁场散射相干原理与矢量叠加原理相结合,从理论上分析了缝隙这类弱散射源对于透波材料雷达散射截面(RCS)的影响规律,并利用商业电磁软件FEKO进行数值仿真。研究结果表明:电磁波入射频率与极化方式的改变时,透波材料RCS受单缝隙的影响较小;存在多列平行缝隙时,透波载体的RCS受所有缝隙组合方式耦合效应的影响,且缝隙间距影响其波峰位置、缝隙长度影响其波峰幅值,等间距等长度的多列平行缝隙对目标载体RCS的影响最大。

大尺寸透波陶瓷构件3D打印技术的发展

分析了现有透波陶瓷构件的制造方法和存在的不足,介绍了发展陶瓷3D打印技术对复杂结构天线罩快速试制以及精密成型的重要意义。阐述了陶瓷3D打印的工艺路线和目前主流的陶瓷3D打印方法,对比分析了不同陶瓷3D打印工艺的优缺点,在此基础上,指出了适合不同结构透波陶瓷构件的3D打印工艺方法。结合导弹天线罩的制造要求,介绍了目前3D打印在设备、材料和工艺等方面存在的不足,提出了大尺寸透波陶瓷构件3D打印技术的发展重点。

大温度梯度下含锆型硅酸铝纤维板的透波性能

为探究微波冶金反应器内常用隔热保温材料——含锆型硅酸铝纤维板(ZAF)在温度梯度下的透波性能,首先采用谐振腔微扰法测量了ZAF在25~1000℃范围内的复介电常数;其次采用激光闪射法测量了ZAF在100~500℃范围内的热导率;最后基于电磁波传输线理论和传热理论研究了ZAF在频率、极化模式、入射角度及材料厚度等因素影响下的透波性能。结果表明:ZAF的介电常数随温度的增加整体变化幅度较小,介电损耗因子则在900℃之后呈指数型增大;ZAF的热导率随温度的增大而逐渐增加,其上升幅度约为39.65%;在2450MHz频率下,ZAF的功率透过系数大于0.9的比例要高于915MHz频率,且在相同频率下,水平极化模式(TM)的透波性能优于垂直极化模式(TE);随着ZAF厚度的增加,其功率透过系数曲线出现了多个透波峰,且2450MHz频率下的透波峰数量多于915MHz频率;在TE极化模式下,微波以0°~30°入射时材料具有良好的透波性能,在TM极化模式下,微波以0°~60°入射时材料具有较高的透波性能,并且存在能使微波发生全透射的布儒斯特角。

磷酸铬铝高温透波材料的制备和性能研究

以氢氧化铝、氧化铬和磷酸为原料制备磷酸铬铝 ,通过对反应体系粘度的监测 ,控制反应程度、确定反应时间。采用DSC -TG和XRD分析研究体系固化特性和耐热性能。对层间剪切强度进行测试 ,初步评价磷酸铬铝复合材料的性能。结果表明 ,控制反应时间为 1h时可以得到转化率较高、粘度适当的体系。DSC -TG分析表明 ,该体系固化成型温度低于 2 0 0℃ ,成型工艺简单 ,同时结合XRD分析证明此材料体系具有优异的耐高温性能。对其复合材料层剪强度的研究发现 ,增强体材料表面进行涂层保护可有效地克服体系对增强体的腐蚀 ,有利于复合材料性能的改善。

天线罩透波材料研究

主要进行了甲基硅树脂基透波材料介电性能研究,结果表明,采用甲基硅树脂做为透波材料基体研制的高性能透波复合材料介电性能优良,材料经800～1200℃高温处理后在电磁波频率为9.30GHz时测试的介电常数小于3.5、材料透波率高达90%以上,能够满足雷达天线罩在800～1200℃工作时对天线罩材料的电性能要求,是比较理想的耐高温高性能透波复合材料.

高温透波材料研究及进展

高温透波材料主要应用于运载火箭、飞船、导弹一些系统上,保护这些系统能在恶劣的环境下运行。随着科技的快速发展,航空航天也在不断发展,飞行器的马赫数也随之不断增大,这就对高温透波材料提出了更高的要求。研究人员经过不断探索,利用现有的高温透波材料改善其缺点来获得更好性能的高温透波材料。文章对高温透波材料国内外的研究现状进行了介绍,介绍了其所需性能,总结现存在的一些问题,并提出了进一步可能发展的方向。

高硅氧/有机硅透波材料介电性能实验分析

对所研制的低残炭率甲基硅树脂基透波复合材料的介电性能进行了实验分析。结果表明，用甲基硅树脂作为基体的透波复合材料介电性能优良，在800℃和1200℃高温处理后，采用电磁波频率9.30GHz测试介电常数小于3．5，材料透波率高达90％以上；在700—1200℃范围内介电常数随温度的升高变化不明显，温度每升高100℃，介电常数变化小于1％；在一定范围内，增加添加剂含量对透波材料的介电性能影响不大；采用浸渍有机硅树脂和表面涂覆有机涂层的防潮处理方法，可有效抑制材料介电性能的变化。

耐高温透波材料及其性能研究进展

介绍了国内外高温透波材料的发展现状,并且对高温透波材料的种类进行了详细阐述。通过对材料种类的分析与选择,对影响材料透波性能的因素进行了分析。通过对现行透波材料及其透波理论体系的论述,对高温透波材料存在的问题进行了总结。

热透波材料技术研究进展

热透波材料技术是高超声速飞行器实现通讯与精确导航的关键技术,文章从热透波材料体系、热透波材料热电行为和高温电性能测试技术等方面对热透波材料及其相关技术的发展现状进行了简要介绍。在材料体系方面,石英陶瓷及二氧化硅基复合材料是目前应用的主要材料品种,多孔氮化物陶瓷及陶瓷基复合材料是未来发展的重要方向。在热电行为研究方面,对典型氧化物、氮化物、氮氧化物材料热电行为规律及杂质离子对材料热电行为的影响等方面的研究获得重要进展,并获得试验验证。在高温电性能测试方面,近年来突破了1 600℃高温宽频测试关键技术,并获得了氧化硅熔融态介电性能实测数据,国外和国内已实现8 MW/m2热透波实时测试。

透波多功能复合材料的研究

介绍并探讨了不同马赫数和温度下飞行器天线罩和天线窗用透波材料以及一些具有特殊功能的透波复合材料如隐身材料、智能材料、FSS、人工介质、电抗加载材料等的国内外研究情况。并展望了透波多功能复合材料的发展。

高温透波陶瓷材料研究进展

透波陶瓷材料已成为高超声速飞行器天线罩、天线窗等部件的关键候选材料。因此,如何有效提升透波陶瓷材料的耐温、透波、承载等特性是发展高超声速飞行器的关键技术之一。本文针对高超声速飞行器对透波陶瓷材料的技术要求,阐述了透波陶瓷材料的发展历史,着重对现有透波陶瓷材料体系及其透波特性测试方法和原理的研究历史和现状进行了全面回顾,并提出今后的发展方向。本文旨在为未来新一代高超声速飞行器的设计提供参考。

高硅氧/有机硅透波材料性能研究

对低残炭率甲基硅树脂基透波复合材料进行了介电性能和力学性能研究,结果表明,采用低残炭率甲基硅树脂作为透波材料基体研制的透波复合材料的介电性能优良,经低于1600℃高温处理后,在电磁波频率为9.30GHz时测试的介电常数小于3.5,透波率高达90%以上。采用甲基硅树脂研制的透波材料克服了传统树脂基透波材料耐热性差、强度低的缺点,是集防热、承载、透波和抗烧蚀等功能一体化的较理想的耐高温多功能透波复合材料。