【摘 要】
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3D打印技术能够以较高精度成型结构复杂的目标构件,它是一种极具潜力的结构型吸波涂层的制备方法。以FeSi颗粒和Co颗粒为代表的铁磁金属是一种常用的电磁波吸收剂,它易于获取且电磁性能优异。以铁磁金属作为吸收剂,采用3D打印的制备方法,有望获得制备工艺简单、性能优异的电磁波吸收涂层。本文对Co和FeSi两种铁磁金属电磁参数随填充率和粒径因素的变化规律进行了研究,结合遗传算法和BP神经网络等计算机辅助手
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3D打印技术能够以较高精度成型结构复杂的目标构件,它是一种极具潜力的结构型吸波涂层的制备方法。以FeSi颗粒和Co颗粒为代表的铁磁金属是一种常用的电磁波吸收剂,它易于获取且电磁性能优异。以铁磁金属作为吸收剂,采用3D打印的制备方法,有望获得制备工艺简单、性能优异的电磁波吸收涂层。本文对Co和FeSi两种铁磁金属电磁参数随填充率和粒径因素的变化规律进行了研究,结合遗传算法和BP神经网络等计算机辅助手段,建立了铁磁金属电磁参数预测模型并实现了吸波涂层宽频优化设计。此外,通过对熔融成型工艺的探究,成功利用铁磁金属/聚乳酸丝材实现了同轴测试试样和大尺寸吸波涂层的熔融沉积制备,并对其电磁性能以及吸波性能进行了评价。研究表明,铁磁金属电磁参数与填充率、粒径、吸收剂体系密切相关。随着填充率升高,介电常数和磁导率增加,吸收峰向低频方向移动。FeSi粒径越大的颗粒表现出磁导率降低,介电常数升高的特点。FeSi与Co颗粒相比具有更高的电磁参数,混合吸波剂相较单吸波剂展现出更优异的采用遗传算法优化后的BP神经网络实现了铁磁金属电磁参数的预测,模型的泛化能力较好,预测结果的均方误差为0.001。同时,采用遗传算法对涂层的电磁参数及厚度进行宽频优化设计,设计的双层涂层(第一层40wt.%FeSi,厚度3.8 mm;第二层80wt.%FeSi,厚度2.7 mm)实现了以涂层总厚度6.5 mm在S、X、Ku三个频段对电磁波90%以上的吸收,有效吸收带宽达到11.0 GHz。介电常数和磁导率。采用熔融沉积成型实现了铁磁金属测试同轴测试试样及铁磁金属吸波涂层的制备。首先,通过球磨工艺和熔融挤出工艺制备了填充率最高为60wt.%的铁磁金属/聚乳酸复合丝材。利用该复合丝材熔融沉积成型同轴圆环试样,该试样可以直接用于矢量网络分析仪同轴夹具进行电磁参数测试,结果与模具压制的铁磁金属/石蜡同轴试样的测试结果很好地吻合。随后,采用熔融沉积成型成功制备了尺寸为180 mm×180 mm的吸波涂层,微波暗室的反射损耗测试结果表明,厚度为2.5 mm的50wt.%FeSi涂层有效吸收频段覆盖11.2-16.7 GHz,厚度为1.5 mm的60wt.%FeSi涂层有效吸收频段覆盖14.7-18 GHz,该实验结果与根据传输线理论计算值很好地吻合。采用熔融沉积制备吸波涂层具有一步成型、操作简单、能够进行吸波结构设计的优点。
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