雷达

  涂层能够赋予雷达天线多种功能与作用,如防护、吸波、电磁屏蔽、抗静电、重防腐等.随着雷达在现代通信中的作用日渐重要,雷达上的功能涂料由于其特殊的功能性和不可替代性.这就要求研究人员需要结合工程实际,对功能涂料进行优化,以达到功能实现的最大化.近年来雷达对功能涂料的要求越来越多,进一步研究高性能、多功能、宽频带的吸波、多频谱电磁屏蔽涂料是功能涂料未来发展的主要方向.

  目前,在雷达中的应用及研究中常用的涂层有以下几方面:

  一、吸波涂料

雷达隐身涂料

  雷达波吸波涂料又称为隐身涂料,是一种能够吸收、衰减入射电磁波的功能性涂料.雷达波吸波涂料一般由吸收剂和粘结剂组成,其中吸收剂所具有的特定电磁参数,决定了吸波涂料的吸波性能.

  按采用吸收剂的不同,吸波涂料可以分为铁氧体系列、视黄基席夫碱盐、导电高分子、放射性同位素、纳米吸波涂料等.

  1、铁氧体系列吸波涂料

  铁氧体系列吸波涂料通过将尖晶石型或六角晶系铁氧体分散在粘结剂中,同时加入一些附加物制备获得.目前已研制成功并广泛应用的有Ni-Zn,Li-Zn,Ni-Mg-Zn,Mn-Zn,Li-Cd,Co-Ni-Zn,Mg-Cu-Zn铁氧体等不同系列.

  日本制备出一种吸波涂料为双层结构,厚度4.7 mm,当频带范围为1~2 GHz 时,雷达波反射衰减能够达到10 dB.S.C.Gupta 等研制得到一种单层吸波涂料,吸收剂是六角钡基铁氧体,粘结剂是橡胶,该涂料吸收频带宽,而且雷达波反射率可在多个频带宽度内衰减达到10 dB以上.

  2、 视黄基席夫碱盐吸波涂料

  视黄基席夫碱盐是有很强极性的有机聚合物,在雷达电磁波的作用下,原子会发生重新排列,这就能将电磁能转变为热能.由于一种视黄基席夫碱盐只对特定波长的雷达波有吸收特性,如想实现雷达波吸收的宽吸收频带,可通过组合不同的碱盐来完成.

  比格等首次发现用视黄基席夫碱盐制成的吸波涂层可以使目标的雷达散射截面(RCS)缩减80%,而其密度只有铁氧体的10%.

  3、 导电高分子吸波涂料

导电高分子雷达吸波涂料

  聚乙炔、聚吡咯、聚苯硫、聚噻吩等导电高分子吸波涂料的吸波性能较好,但通常需要加入磁损耗型的添加剂来提高吸收率和拓宽吸收频带.

  邹勇等用化学合成方法分别制备了HCl 掺杂的聚苯胺(PANI-HCl)和十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的聚苯胺(PANI-DBSA)粉末,并将该粉末和石蜡共混复合,制备了聚苯胺复合吸波材料.测试表明,在相同的质量分数(小于70%)下,PANI-DBSA 的吸波性能优于PANI-HCl 的吸波性能.当质量分数为70%时,PANI-DBSA 的最大反射衰减为-6 dB,此时对应的频率为9.2 GHz.

  4、 放射性同位素吸波涂料

  放射性同位素(如Po210,Cm242和Sr90等)的原子核很不稳定,会不间断地产生高能射线,射线能使局部空间电离得到可吸收电磁波的等离子体.在涂料中加入放射性同位素即可制成非常薄的放射性同位素吸波涂层,它具有吸收频带宽、可承受高速飞行、耐用性好等优点,但使用放射性同位素有一定危害,限制了其应用.

  5、 纳米吸波涂料

战斗机雷达纳米吸波涂料

  纳米吸波涂料以纳米材料作为吸收剂,具有吸波性能好、频带宽、质量小等特点.法国研制成功的宽频隐身涂料,由纳米级材料(含Ni,Co,SiC 纳米颗粒)和粘结剂构成.具体制备过程为,先将Ni,Co,SiC 纳米颗粒用真空沉积法沉积在基体上,形成超薄夹层结构;然后将其粉碎成微屑,均匀分散到粘结剂中,复合形成涂层.由于多层薄膜形成的夹层结构磁导率很好,制得的涂层在50 MHz~50 GHz 范围内具有优异的吸波性能.

  二、 电磁屏蔽涂料

飞机雷达涂层

  随着通讯、电子、信息产业以及机载、星载雷达等的发展,质量小、强度高的工程塑料、碳纤维复合材料等类型的绝缘或半导体材料的应用越来越广泛.利用电磁屏蔽导电涂料改善电子产品的抗电磁干扰性能,是一种高效、低廉、方便的技术手段.

  电磁屏蔽涂料一般是将导电填料、合成树脂、助剂等涂覆在基体表面,形成能产生导电屏蔽效果的固化膜.通常涂料的涂覆厚度越厚,导电性越好,屏蔽性能越好.根据填料的不同,可分为铜系、镍系、复合型和水系等电磁屏蔽涂料.

  1、 铜系屏蔽涂料

  毛倩瑾等首先以纯铜粉为导电填料,丙烯酸树脂为基料,加入硅烷偶联剂和有机膨润土等助剂,经球磨工艺制成电磁屏蔽涂料,屏蔽效能为50~60 dB.随后又以片状镀银、铜粉和丙烯酸类乳液为主要原料,添加润湿剂、分散剂、消泡剂、流平剂和水,制备得到了一种屏蔽性能和物理性能都堪称优良的电磁屏蔽涂料.Cu/Ag 复合涂层的屏蔽效能在100 kHz~1.5GHz频段范围内达到-80 dB 左右.

  李正莉等重点研究了有机膨润土防沉剂对铜系导电涂料沉降率、触变性、涂层导电性及显微形态的影响.研究结果表明,作为触变剂,有机膨润土可很好地解决涂料中铜粉的沉降问题,显著改善富环氧导电涂料的触变性,从而极大地提高涂层表面导电性,涂层表面电阻率最小可至6.0×10-3Ω·cm-2.

  2 、镍系屏蔽涂料

  由于镍抗氧化性好、耐化学腐蚀,而且镍系涂料吸收电磁波的能力强,所以镍系屏蔽涂料在电磁屏蔽涂料中应用较多.

  涂铭旌等首先研究了镍粉的表面处理、不同填料配比、不同频率等对电磁屏蔽导电涂料特性的单因素影响,然后扩展到对涂料制备工艺和性能的研究.所制备的镍基电磁波屏蔽涂料在10 kHz~1 GHz 频率范围内,屏蔽效能达到40~60 dB,其物理性能和环境性能均能满足《军用电磁屏蔽涂料通用规范》的要求.

  3 、复合型屏蔽涂料

  复合型电磁屏蔽涂料能够满足在较宽频率范围内都具有较好屏蔽效能.根据其复合方法,可分金属/金属(金属氧化物)型、金属/非金属型、聚合物/金属型、共混型共4 种.镀镍石墨由于导电性比纯石墨高,成本比纯镍低,在电磁屏蔽涂料中具有很高的应用价值.

  王进美等利用碳纳米管-纳米管状聚苯胺复合材料进行化学镀层处理,对其上的镍、铜及镍铜复合镀层的结构和性能进行了分析.结果表明,聚苯胺分子表面上的金属镀层都具有均匀分布,并且以稳定的纳米晶相结构存在.利用压片法对各金属镀覆的聚苯胺材料在1.2~5.2 GHz 进行电磁屏蔽性能分析,复合镀层聚苯胺的屏蔽效能大于40 dB,比单一金属镀层材料更为优异.

  刘继光等将镀覆有Ni-Cu-P 合金的轻质聚丙烯粉末与丙烯酸混合,制备出了复合导电涂料.测试结果表明,在测试频率范围内,该涂层具有较好的电磁屏蔽效能,非常接近纯铜粉涂层的电磁屏蔽效能.

  4 、水性屏蔽涂料

  目前电磁屏蔽涂料研究的重点主要是有机溶剂品种的屏蔽涂料,关于水性电磁屏蔽涂料的研究较少.水性屏蔽涂料由水性树脂、导电填料、颜填料、分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂、流平剂等组成.

  相对有机溶剂而言,水性电磁屏蔽涂料具有成本低、对环境友好等优点.随着理论和技术方面的逐渐成熟,水性屏蔽涂料将是电磁屏蔽涂料的一个研究热点.黄婉霞等研制出一种环境和物理性能均符合国家标准的水乳型屏蔽涂层,该涂层的溶剂是水,导电填料为镍,成膜树脂为丙烯酸酯.

  三、抗静电涂料

子扫描阵列雷达

  耐雨蚀抗静电涂层主要应用于雷达天线罩、指令天线罩等雷达及其附件的防护罩体表面,涂层体系一般包括底漆、耐雨蚀漆、抗静电漆共3 部分.涂层根据原料和制备工艺可分为掺杂型和本征型抗静电涂料.

  掺杂型涂料成膜物为绝缘聚合物,通过均匀掺入导电填料制成;本征型涂料的成膜物为导电聚合物,工艺比较复杂.抗静电涂层所用的树脂主要是丙烯酸聚氨酯和有机硅改性聚氨酯等.丙烯酸聚氨酯具有良好的装饰性、工艺性、附着性,与弹性涂层(尤其是弹性聚氨醇)配合性好,比较成熟.有机硅改性聚氨酯涂层具有优异的耐环境特性、电性能以及良好的耐热性,可以充分保障雷达罩正常工作.

  四、重防腐涂料

军用雷达

  雷达性能的优劣不仅反映在其探测功能和抗干扰能力、战时生存能力上,还表现为可靠性和维修性指标的高低.目前要求雷达外部结构的防腐蚀周期应大于5 a,这就对雷达装备的防腐蚀技术提出了更高的要求,而采用重防腐涂料进行涂装处理,则能满足这一要求.

  南方等制备出一种可耐650 ℃高温的双组分、可常温固化耐腐蚀涂料,该涂料以环氧有机硅树脂作为成膜物质,加入滑石粉和云母粉,以铝粉作为颜料制得,在冶金、化工、军工等领域应用前景广泛.