铁氧体吸波材料技术应用

2017-08-18 11:00:27      点击:

  随着现代科学技术尤其是电子工业技术的高速发展,不同频率的电磁辐射充斥着人们的生活空间,破坏了人类良好的生态环境,造成了严重的电磁污染,因此研究和开发能够解决电磁辐射污染的吸波材料已经成为人们关注的焦点。另外,为适应现代高技术、立体化战争的需要,隐身材料的研究已受到世界各军事大国的高度重视。伴随隐身技术对吸波材料性能要求的提高,研制和开发新型吸收材料已成为吸波材料研究的重点。

 

  新一代隐身武器装备的研制,对吸波材料的厚度、密度、吸波频带、吸波性能提出了越来越高的要求。传统的吸收剂已不能满足这种需求,必须寻找新的吸收剂。就吸波材料的发展来看,充分利用各组分优异性能的复合型吸波材料是开发吸波材料发展的要求;兼有磁损耗及电损耗型吸波材料将代表吸波材料的发展方向。


 

  铁氧体吸波材料的性能

 

  铁氧体是一种具有磁性的由氧化铁和铁族或稀土族组成的复合金属氧化物,属亚铁磁性材料。广义而言,铁氧体就是磁性氧化物或磁性陶瓷。铁氧体的吸波性能来源于其既有亚铁磁性又有介电性能,其相对磁导率和相对电导率均呈复数形式,既能产生介电损耗又能产生磁致损耗,因此铁氧体吸波材料具有良好的微波性能。

 

  铁氧体吸波材料是研究较多而且比较成熟的吸波材料,由于在高频下有较高的磁导率,而且电阻率也较大,电磁波易于进入并快速衰减,被广泛地应用在雷达吸波材料领域中。铁氧体由于电阻率较高(11012Ω·cm),可避免金属导体在高频下存在的趋肤效应,因此在高频时仍能保持较高的磁导率。另外其介电常数较小,可与其他吸收剂混合使用来调整涂层的电磁参数,是一种重要的电磁波吸收剂。

 

  铁氧体吸收电磁波的主要机理是自然共振。所谓自然共振是指铁氧体在不外加恒磁场的情况下,由入射交变磁场的角频率和晶体的磁性各向异性等效场决定的本征频率相等产生进动(一个自转的物体受外力作用导致其自转轴绕某一中心旋转,这种现象称为进动)共振,从而大量吸收电磁波的能量。与磁性金属粉相比,铁氧体材料具有较好的频率特性,其相对磁导率较大,且相对介电常数较小,适合制作匹配层,在低频拓宽频带方面有良好的应用前景,主要缺点是密度较大、温度稳定性较差。为此,研究人员期望通过调整材料本身的化学组成、粒径及其分布、粒子形貌及分散技术等提高损耗特性和降低密度。同时,将纳米粒铁氧体子与其他纳米粒子、微米粒子复合,将磁损耗吸波材料、电阻型损耗吸波材料、介电损耗吸波材料有效地结合,设计出组分及电磁参数可调、阻抗渐变利于波阻抗匹配和吸收的梯度功能吸波材料也是实现强吸收的有效途径。为降低其密度,改善其分散性,Mu等将钡铁氧体用溶胶-凝胶法包裹在陶瓷空心球上,颗粒粒径为80nm,最大吸收为31dB,大于10dB吸波带宽为4GHz,材料的密度仅为1.8g/cm3X.Shen[26]等在碳纳米管上制备出一维纳米铁复合材料,纯纳米管外径为13nm,纳米铁复合管直径可达35nm,复合材料在2GHz时的μ’、μ’’、ε’和ε’’分别为2.641.63122.04

 

  铁氧体吸收波材料的应用

 

  美国将铁氧体制备的吸波涂层应用到F-117A隐形战斗机上;日本NEC公司对铁氧体吸波材料进行了改进,频带宽为7GHz(613GHz)时,衰减为10dB;频带宽3.7GHz(8.512.2GHz)时衰减达到20dB时,总厚度为4.7mm,单位面积质量8kg/m2。铁氧体吸波涂层存在的问题是密度大、吸波频率不够宽、要求涂层较厚、高温特性差。其发展方向是与超细纳米粉末和导电磁性纤维吸波剂复合,提高吸波性能。