【摘 要】
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现代探测技术的不断发展使得我方武器装备及作战人员面临着严重的威胁。提升作为反侦测手段的红外隐身技术具有重要的现实意义。而探测系统的多频谱性决定红外隐身材料需满足一定的多频谱隐身兼容要求。此外,材料也需具有良好的耐热性以应对严苛的使用环境。树脂/金属复合涂层因其工艺简单、成本低廉和发射率低的优点在红外隐身领域占有重要地位,然而针对长期使用温度高于300℃的环境,绝大部分树脂类型难以满足应用条件,高填
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现代探测技术的不断发展使得我方武器装备及作战人员面临着严重的威胁。提升作为反侦测手段的红外隐身技术具有重要的现实意义。而探测系统的多频谱性决定红外隐身材料需满足一定的多频谱隐身兼容要求。此外,材料也需具有良好的耐热性以应对严苛的使用环境。树脂/金属复合涂层因其工艺简单、成本低廉和发射率低的优点在红外隐身领域占有重要地位,然而针对长期使用温度高于300℃的环境,绝大部分树脂类型难以满足应用条件,高填充率的金属亦会影响树脂/金属复合涂层与雷达隐身的兼容性。针对上述问题,本文采用耐高温的杂萘联苯聚芳醚腈酮树脂(PPENK),制备了一种具有低红外发射率的耐高温红外隐身涂层,并以此为基础,通过图案设计和尺寸调整,将周期性单元结构引入其表面,开发了一种具有蜂巢状表面结构的双层红外/雷达兼容隐身涂层,论文主要的研究内容如下:(1)以PPENK为基体树脂,片状铝粉为低发射率填料,制备了PPENK/Al复合涂层。首先探索了不同工艺条件对于涂层制备及发射率的影响,并探究了涂层发射率与铝粉添加量的关系。结果表明,发射率随铝粉添加量的增加呈“V”型的变化趋势,当PPENK和铝粉质量比为1:0.4时,复合涂层在8~14μm发射率值最低为0.14。此时,涂层具有0级附着力,可承受50 cm的落锤冲击。此外,系统地考察了复合涂层的耐热性,在400℃加热1 h后,复合涂层发射率为0.20,附着力等级为0级,可承受50 cm的落锤冲击,具有卓越的耐热性能。综合多种表征测试结果分析,表面形貌的改变及铝粉氧化程度的加深是涂层经更高的温度加热后发射率发生变化的原因。最后,利用热成像测试证明了PPENK/Al复合涂层具有优异的红外隐身效果,且在400℃下仍可以保持良好的性能。(2)以羰基铁作为吸波剂制备了雷达吸波涂层(RAL),并通过理论计算和实验对比确定了RAL最适宜的厚度和最佳的树脂与吸波剂比例分别为1.5 mm和1:2.5。在其上方利用模板法加工了具有蜂巢状周期性结构的PPENK/Al红外反射层(IRSL)。一方面,高金属填充率的IRSL保证了材料具有较低的发射率,另一方面,IRSL的相邻六边形间的缝隙为电磁波的通过预留了更宽的通道。同时电磁波在红外层和基底之间进行多次反射,延长了损耗路径。这成功拓宽了材料的有效吸收频宽(EAB),实现了红外层与雷达层协同优化效果。此外,利用HFSS软件模拟验证了上述分析。性能测试结果显示:具有蜂巢状表面结构的双层涂层发射率值最低为0.32,其RL<-10 dB的EAB为6.8GHz(10.5~17.3 GHz),表现出了优异的红外/雷达兼容隐身性能。
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