納米Fe4N和碳基復(fù)合吸波材料的制備及其電磁性能非軍事化.pdf

1、隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)飛行器隱身性能的要求越來越高，研制具有“薄、輕、寬、強(qiáng)”特點(diǎn)的新型吸波劑成為當(dāng)務(wù)之急。新型吸波劑的“薄”指的是吸波劑與涂料復(fù)合后噴涂到飛行器表面的吸波涂層要盡可能薄;“輕”指的是吸波涂層的面密度要盡可能小;“寬”指的是固定厚度的吸波涂層能對(duì)盡可能寬的雷達(dá)波頻率產(chǎn)生有效吸收;“強(qiáng)”指的是對(duì)雷達(dá)波的反射損耗RL值盡可能小。當(dāng)前吸波劑研制的難點(diǎn)有兩個(gè):一是在吸波涂層較薄的條件下很難對(duì)低頻雷達(dá)波產(chǎn)生有效吸收;二是在吸波涂層厚度一定

2、的條件下很難對(duì)寬頻雷達(dá)波產(chǎn)生有效吸收。前期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微米Fe4N具有較強(qiáng)的低頻吸收能力:在2～3mm間調(diào)節(jié)吸波涂層厚度可對(duì)4～10GHz的低頻雷達(dá)波產(chǎn)生有效吸收(RL＜-10dB);在涂層厚度為3mm時(shí)可對(duì)4.8GHz的低頻雷達(dá)波產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收，RL值達(dá)到-28dB。因此本文制備了納米級(jí)的Fe4N作為新型吸波劑，希望納米效應(yīng)的引入，可使吸波劑在低頻雷達(dá)波和寬頻雷達(dá)波吸收方面有所提高。同時(shí)本文還制備了碳包覆納米Fe4N/Fe的復(fù)合吸波劑，介電

3、損耗材料無定形碳的引入可以降低吸波劑的面密度，同時(shí)提高吸波劑對(duì)電磁波的損耗能力。
　　納米Fe4N的制備是將PVP包覆的納米Fe顆粒進(jìn)行氣體滲氮處理。實(shí)驗(yàn)可知氮?jiǎng)菔怯绊懠{米鐵粒子氮化后物相的主要因素，氮化溫度(490～550℃)和氮化時(shí)間(3～9h)對(duì)納米鐵的氮化程度有一定影響。氮?jiǎng)葺^高時(shí)（KN≥1.3）氮化后的產(chǎn)物中有Fe3N，氮含量較高;氮?jiǎng)葺^小時(shí)（KN≤1.03）時(shí)可制備純相的納米Fe4N顆粒，氮含量較少。氮化溫度影響氨氣的

4、分解和活性氮原子在α-Fe和γ'-Fe4N相中的擴(kuò)散速率，對(duì)納米鐵的氮化程度產(chǎn)生一定影響。氮化處理會(huì)對(duì)納米Fe顆粒的形貌造成不良影響。一方面會(huì)使原先孤立、球形的納米鐵顆粒變成堆聚在一起的不規(guī)則多面體;另一方面顆粒粒徑也由原先的150nm增加到300nm左右。這種形貌上的變化不利于材料納米效應(yīng)在吸波中的發(fā)揮。純相的納米Fe4N顆粒團(tuán)聚的形貌和較強(qiáng)的導(dǎo)電性導(dǎo)致其介電常數(shù)的實(shí)部和虛部極高，從而造成吸波涂層的本征阻抗過高，吸波效果未達(dá)預(yù)期。

5、r>　　碳基復(fù)合吸波材料的制備是將PVP包覆的納米Fe與聚丙烯腈原液混合，水壓成膜后進(jìn)行預(yù)氧化處理、碳化處理和氮化處理。通過對(duì)每階段樣品的XRD、SEM和電磁參數(shù)測(cè)試，可獲得預(yù)氧化、碳化和氮化對(duì)磁性粒子物相和吸波能力的影響結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明原膜和預(yù)氧化階段不會(huì)改變磁性粒子的物相，碳化階段是磁性粒子物相變化的主要階段。磁性粒子的物相隨碳化溫度的不同而變化:碳化溫度(800～850℃)越高磁性粒子中的單質(zhì)Fe越多;碳化溫度越低(700～750℃

6、)納米Fe被氮化的越充分，并且物相以Fe4N為主。氮化階段可使磁性粒子的物相轉(zhuǎn)化為相對(duì)單一的Fe和Fe4N物相。碳化溫度是影響材料吸波效果的主要因素，磁性粒子的物相和含量對(duì)所制吸波劑的吸波效果有一定影響。碳化溫度低(700℃)時(shí)，碳基體的介電常數(shù)實(shí)部和虛部較低，吸波效果較好，在1～3mm間調(diào)節(jié)厚度可使7～18GHz的RL值低于-10dB;碳化溫度高(800℃)時(shí)，碳基體的介電常數(shù)實(shí)部和虛部都較高，吸波效果較差，RL值大于-10dB。對(duì)于

7、同一碳化溫度(750℃)下的氮化后樣品，磁性粒子的含量越高，吸收峰向低頻移動(dòng)越明顯。當(dāng)碳化溫度都是750℃時(shí)，初始Fe/PAN（質(zhì)量比）為60％的樣品氮化后對(duì)16-18GHz的電磁波具有最強(qiáng)的吸收，在1～1.5mm間變動(dòng)涂層的厚度，材料的RL值都在-34dB左右;Fe/PAN（質(zhì)量比）為120％的樣品氮化后對(duì)6GHz的電磁波具有最強(qiáng)的吸收，此時(shí)的RL值達(dá)到-38dB，此時(shí)的涂層厚度在2.6mm左右;Fe/PAN（質(zhì)量比）為180％的樣品