改性铁基合金粉对雷达吸波性能的影响

改性铁基合金粉对雷达吸波性能的影响

0吸波材料的改进目前，隐形技术主要用于设计磁体微波雷达。在微波雷达的情况下，红外探测系统的工作波长比微波雷达短3.4倍。目标分辨率高。被动勘探和不辐射微波是优点的，与雷达勘探系统一样重要。因此,红外和雷达隐身的兼容性问题引起了人们的高度重视。虽然国内外采用双层涂覆的方法来实现热红外的低发射和雷达波的高吸收取得了一定进展,但双层涂覆的涂层较厚,施工性较差且复合隐身性能仍需改进。为此,寻求一种材料使其具有雷达波高吸收、热红外低发射的性能,以实现单层红外/雷达兼容隐身具有重要意义。铁基合金粉吸收剂由于温度稳定性好、磁导率较大等特点在吸收材料领域得到了广泛应用,但在单层红外/雷达兼容隐身中未见报道。以机械合金化法制备的铁基合金粉,由于导电率较高引起复介电常数较大,在吸波材料设计过程中很难匹配设计,吸波性能有待改善。硅烷偶联剂KH550是一种能通过与金属表面的羟基或水反应生成共价键而包覆在金属粉体表面的一种常用化合物。本实验以KH550硅烷偶联剂包覆改性铁基合金粉,系统分析了包覆改性对铁基合金粉电磁参数、涂层吸波性能及红外低发射率的影响。1实验1.1实验药物无水乙醇、聚氨酯(PU)、Fe基合金粉、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)(NH2C3H6Si(OC2H5)3)。1.2改性铁基合金粉的制备铁基合金粉的处理:将5g粉体浸在20mL乙醇溶液中,超声分散,往其中逐渐滴加质量分数分别为1%、2%、3%、5%、10%的硅烷偶联剂乙醇溶液各20mL,反应完毕,过滤干燥后置于60℃真空烘箱中干燥。同轴环的制备:将改性前后的铁基合金粉(分别编号为A、B)与石蜡以质量比3∶2混合均匀,制成内径3.04mm、外径7.0mm、厚3mm的同轴环状吸波材料。涂层的制备:首先进行马口铁基板(10cm×5cm,厚度0.3mm)预处理,砂纸打磨→水洗→化学除油→水洗→烘干;然后选用聚氨酯为树脂基体,加入适量的颜填料(质量分数为60%)和固化剂,混合搅拌并超声波震荡提高分散度,加入乙酸丁酯调节粘度,用压缩空气喷涂法制备涂层,控制厚度为2mm。1.3填料的红外发射率采用中科院上海技术物理研究所研制的IR-2双波段发射率测试仪测量涂层在8～14μm波段的红外发射率;用荷兰Quanta200扫描电子显微镜对颜填料的形貌进行表征;用美国安捷伦公司研制的矢量网络分析仪(PNAE8363B)测量样品的电磁参数;采用美国PE公司SpectrumGX-Ш型傅里叶变换红外光谱仪测试样品的红外吸收光谱。2结果与讨论2.1覆合金表面有机薄膜的改性图1为改性前后铁基合金粉的SEM图。从图1可以看出,铁基合金粉为径厚比很大的片状粉体而且有明显的层状结构,粒径在8～10μm左右。硅烷偶联剂对铁基合金粉包覆改性后,铁基合金表面由于包覆了一层致密的有机薄膜而略显光滑。图2为改性前后铁基合金粉的红外光谱图。由图2(a)可以看出,铁基合金粉在3470.67cm-1处出现一个宽峰,说明铁基合金粉表面存在-OH,这可能是由于暴露在空气中的铁基合金粉吸水潮解所致;由图2(b)可见,在1624.54cm-1处出现了-NH2的N-H键弯曲振动吸收峰,在1055.60cm-1处有Si-O-M(M=Si,铁基合金粉)键的吸收峰,说明硅烷偶联剂KH550成功地包覆到铁基合金粉表面。2.2偶联剂质量分数对发射率的影响图3为不同质量分数硅烷偶联剂乙醇溶液包覆铁基合金粉的低红外发射率。从图3中可以看出,当硅烷偶联剂质量分数为2%时,硅烷偶联剂包覆后涂层的发射率变化较小。当硅烷偶联剂质量分数超过2%以后,发射率急剧上升。这是因为当硅烷偶联剂质量分数较少时,偶联剂分子通过分子间的氢键、库仑力等作用在铁基合金粉表面形成一层紧密有序的单分子膜,其厚度较小,对发射率影响小。随着硅烷偶联剂质量分数增加,偶联剂用量多时,粉体表面化学吸附的偶联剂的亲油端将与多余的偶联剂的亲油端形成多分子的物理吸附,多分子吸附层间相容性好,粉末间极易相互团聚,铁基合金粉颗粒增大,质量增加,在树脂基体中沉淀使发射率明显提高。2.3金属介质复合材料图4为2%硅烷偶联剂包覆改性前后复介电常数的变化。从图4中可以看出,改性后铁基合金粉的介电常数实部、虚部有不同程度的下降。在含有合金粉体的随机混合媒质中,金属介质的电子极化、分子极化、界面极化以及金属之间强烈的相互作用,使混合媒质的介电常数实部很大。而包覆改性后,由于合金表面形成了致密均匀的有机物薄膜,合金粉体被有机物薄膜隔离开来,降低了其极化强度,从而使介电常数实部下降。同时,有机薄膜阻断了合金粉体形成的导电网络,降低了涂层的导电性。由ε″=σ/ω知,频率相同时,电导率越低,涂层的导电虚部越低。但从图5中可以看出硅烷偶联剂包覆改性对复磁导率影响较小。2.4吸收带宽峰向高频端图6为涂层厚度为2mm时2%硅烷偶联剂包覆改性前后涂层吸波性能的变化。从图6中可以看出,包覆改性后,波峰向高频端移动,从5.92GHz移动到6.8GHz,并且最大吸收峰从-13.2dB增加至17.2dB。-10dB的吸收带宽从包覆前1.5GHz(5.12～6.62GHz)增加至2.2GHz(5.8～8.0GHz)。这是因为包覆后降低了铁基合金粉的介电常数,提高了阻抗匹配度,使吸收峰强度和吸波宽度都有明显增加。3硅烷偶联剂质量分数对涂层发射率的影响(1)KH550偶联剂以化学键的形式吸附在铁基合金粉表面