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通过各向异性化提高磁性吸波材料性能

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通过各向异性化提高磁性吸波材料性能

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  吸波材料是提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段,由此成为当今世界各国重点研究的高新技术之一。理论和实验均证实材料各向异性化后其电磁性能改善,吸波性能提高;同时,通过改变形貌尺寸还可对其电磁参数进行调节,更有利于实现阻抗匹配;此外,材料的片状化、纤维化也更有利于吸波材料的轻型化,因此,具有各向异性的吸波材料研究对新一代薄、轻、宽、强隐身材料的研发具有重要意义。

  对于传统的球形磁性吸波材料,提高起始磁导率时,自然共振频率就下降,反之,自然共振频率上升,起始磁导率就下降,很难同时提高材料的磁导率和共振频率。想要进一步提高磁性材料在高频的磁性能,必须突破这一限制,而各向异性化是一个有效途径。研究表明,具有各向异性的薄膜、纤维、片状磁性材料可实现同时提高磁导率和共振频率,具有优异的高频磁性能,应用在吸波材料领域可有更强更宽频的雷达损耗效果。

  磁性纤维吸波材料的强形状各向异性使其在微波频段具有较大的磁导率和磁损耗,研究发现长径比为50的铁氧体纤维与相同含量的非纤维磁性材料相比,磁导率增加50倍。同时,磁性纤维吸收剂在高频下还具有较大的涡轮损耗、欧姆损耗以及辐射损耗等,是一种强电磁波吸收材料。此外,该类吸收剂还具有质量轻、面密度小、频带宽的优点,并且可以通过调节纤维的长度、直径、排列方式等调节材料的电磁参数,取向排列所形成的吸波涂层可在很宽频段内实现高吸收,质量比传统金属微粉吸波材料减轻40%~60%,在轻质、高效隐身材料的研制领域有良好应用前景。常见的磁性纤维吸波材料包括铁纤维、镍纤维、钴纤维及其合金纤维。欧洲利用多晶铁纤维吸波材料已成功研制出雷达隐身涂层,实现了宽频吸收,其最大吸收可达34dB。纤维类复合材料是目前研究的热点之一,例如,一种Fe-Co合金包覆碳纤维的磁性材料,在2~18GHz频段的反射损耗可达-48.2dB。

  随着物理气相沉积及化学气相沉积技术的发展,磁性薄膜吸收材料的电磁性能也不断提高。以Fe、Co基为主体的磁性合金薄膜及多层膜在微波频率下具有很高的磁导率和磁损耗,可实现微波的宽频带吸收。据报道,利用热氧化方法制备CuO/Co/碳纤维多层膜复合材料,最强反射损耗可以提高到-42.7dB,是一种理想的轻质、强吸收、宽频段微波吸收材料。

  对薄片状铁磁材料的研究表明,扁平率为10~10000时,其微波磁导率可以提高10~100倍。这是由于合金粉末的扁平率增大和粒径减小引起颗粒的表面积增加,一方面粉末的空间电荷的极化以及相邻粒子间的磁矩交换耦合作用增强,另一方面粉末的涡流损耗减小,从而增大了复合组分的复介电常数和复磁导率。

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