【期刊】科普系列 | 氧化铝基吸波材料研究进展

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雷达波吸收材料 (RAM) 在国防隐身领域发挥着重要作用，尤其是经受高温作用的军事武器装备更是如此。高马赫飞行的武器装备如战斗机、巡航导弹等空中武器装备的特殊部位应用的RAM，会因空气阻力而使机体局部温度很高，工作温度达700 ℃ 甚至950 ℃以上，常温吸波材料不适用，亟待研究耐高温并高效吸收电磁波的吸波材料。当前研究重点致力于开发出厚度小、密度低、吸收频带宽、吸收强的吸波材料。氧化铝 (Al₂O₃) 陶瓷因其优异的耐高温、抗腐蚀和介电可调等性能可作为吸波基体，引起了广泛的关注。

1金属(合金)/氧化铝复合吸波材料

氧化铝基复合吸波材料可大致分为金属(合金)/氧化铝复合吸波材料、非金属/氧化铝复合吸波材料及特殊结构氧化铝复合吸波材料等。在金属(合金)/氧化铝复合吸波材料中，金属的磁性、尺径大小、种类以及材料的制备工艺、组织结构均会影响复合材料的吸波性能。常见的氧化铝基复合吸波材料的类别与性能见表1。

磁性金属复合材料兼有自由电子吸波和磁损耗，吸波性能更为优异；由表1可以看出，纳米尺度磁性吸波剂比微米尺度颗粒和纳米线吸波效果好；相同制备条件下，不同种类的磁性金属粒子与氧化铝形成的复合材料的吸波性能也不同；选取正确的制备工艺也会增强材料的吸波性能，制备工艺对氧化铝基复合材料的吸波性能也有显著的影响。赵美星采用球磨法制备Ni/Al₂O₃纳米复合物，如图1所示，在氩气气氛保护下进行退火保温的B样品吸波效果远优于不做任何处理的A样品。

新型特殊结构的吸波材料有助于在保证吸波性能的条件下实现结构的稳定性。如传统包覆型多层结构吸波材料易脱落、涂层厚、密度大及层间结合强度弱，且制备工艺复杂，而球形陶瓷基/金属包裹结构复合微粉(如图2所示)用于涂覆层或结构型夹芯，就可达到吸收频带宽、强吸收，质量轻及附着力强的目的，这是由于其具有比表面积大、表面活性高的优点，从而结合强度高。

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非金属/氧化铝复合吸波材料

非金属/氧化铝吸波材料抗氧化性能好、吸波效果好，易实现阻抗匹配，部分该类材料耐高温。其中碳材料较其他非金属复合物具有较大的优势。一种或多种碳材料复合后，再与氧化铝复合，制备出的吸波材料的各项性能均得到很大提升。氧化铝基体的结构形式对复合材料的性能有很大的影响。以纤维、网状形式存在的氧化铝基体制备的复合材料吸波性能优于其他形式存在的氧化铝基复合材料。图3为氧化铝以多孔膜和纤维布存在的SEM图。多孔膜、纤维、纳米颗粒等氧化铝基体与吸收剂复合的材料，不仅薄且反射率低。

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其他含氧化铝特殊结构复合吸波材料

具有特殊结构(空心复相陶瓷微珠、阻抗变换层、核壳结构)的复合吸波材料改善了吸收剂在基体中的分散性和均匀性，增强了粒子间的多重散射和吸收，提高吸波性能的同时可实现材料轻质、宽频的要求。

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结束语

氧化铝基高温复合吸波材料的研究已取得很大发展，同时仍有许多地方需要加强。在金属(合金)/氧化铝复合吸波材料方面应：(1)开发纳米级的球形超细金属吸收剂，利用纳米粒子的特殊效应来提高吸波性能；(2)进一步探索合理的制备工艺，达到吸收剂与基体良好匹配。在非金属/氧化铝复合吸波材料方面：(1)进一步加强氧化铝纤维布和氧化铝网状基体与纳米吸波剂复合的研究；(2)加强高分子特殊核壳结构、阻抗匹配层等方面的研究；(3)加强宽频吸波材料及吸波剂改性增强吸波材料的研究；(4)开展金属氧化物粉体与无机黏结剂组成的无机基体方面研究。特殊结构氧化铝基吸波材料则应利用先进的数学模拟与性能相结合的方法，探索结构与吸波性能之间的内在规律，以实现吸波材料“薄、轻、宽、强”的要求。

原文出处：

http://jam.biam.ac.cn/article/doi/10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000037(请复制至浏览器查看)

武志红,  王倩,  张路平,  郑海康,  尚楷

2020，40(1): 12-20  

doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000037

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