隐身涂料
蕞达军工装备纳米隐身功能涂料
纳米效应
宽频吸波
长期信赖
过去几年,俄罗斯在俄乌冲突中打得那么艰难,一个重要的原因就是,俄方信息化能力太差。信息化能力主要包括两个方面。
第一,获取信息的能力,比如对方装备、人员的部署、调动情况、准确位置。有了这些,才好对对方进行各种精确打击。比如,乌方的F-16不是到货了吗,俄方如果知道其停在哪个机场,就可以直接发动高超音速导弹打击。 像匕首这样的弹道导弹,飞行速度很快,从发射到击中目标,不到10分钟,乌方大部分战机,是来不及起飞的。这就,就可以直接将F-16摧毁在地面或者地下机库里。可是,F-16到货多天了,目前还没看到俄方的任何动静。等来的,却是俄方本土被攻击,被乌方“偷家”的消息。这一方面说明,俄方信息获取能力存在严重问题;一方面也说明,乌方在美西方大力支持下,在信息获取能力上,占据了部分优势。这也是俄方在这场战争中,打得艰难的重要原因。
第二,就是阻止对方获取己方信息的能力。比如电子战,比如装备隐身能力。在俄乌战场,我们经常可以听到,苏34等战机被击落的消息。这一方面是因为作战理念问题,另一方面,就是因为苏34不隐身。资料显示,同样是对地攻击,如果是隐身飞机,其生存能力,将提高10倍。如果俄方有大量的隐身飞机,那么其损失将会少很多。隐身飞机,除了外形外,隐身涂料也是比较重要的。但好的隐身涂料,不是技术垄断,就是价格昂贵,在军工装备上很难普及。
一
隐身涂料
1
概念
隐身涂料是固定涂覆在武器系统结构上的隐身材料,按其功能可分为雷达隐身涂料、红外隐身涂料、可见光隐身涂料、激光隐身涂料、声纳隐身涂料和多功能隐身涂料。隐身涂层要求具备较宽温度的化学稳定性、较好的频带特性、面密度小、重量轻、粘结强度高与耐一定的温度和不同环境变化。
2
种类
现代隐身战机一般采用三种隐身涂料:
一,在飞机表面涂覆放射性同位素,它放射的高能粒子在飞机周围形成等粒子屏,可以吸收和屏蔽雷达波和红外辐射。
二,采用各种类型的铁氧体涂层也可以有效地减小飞机的雷达反射面积,F-22战斗机等使用的就是铁氧体隐身涂料。
三,采用先进复合材料和电磁波“吸收材料”组合而成的吸波结构材料制造飞机,可以更有效地减少飞机的雷达反射面积。
3
发展趋势
多波段、多功能兼容隐身涂料的研制具有广阔的应用前景,必须采用新型的吸波材料并改进传统的吸波材料,如铁氧体、羰基铁等。国内外进行了卓有成效的新材料的探索,目前有望成为研究热点的吸波材料主要是纳米吸波材料。多波段、多功能兼容隐身涂料能同时吸收和衰减电磁波和声波,减少反射和散射,从而达到电磁隐身和声隐身的作用。自20世纪90年代初以来,纳米材料和纳米技术的兴起和发展,给隐身涂料带来了突破性进展,已成为当前隐身技术领域研究热点之一。
纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料,如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜及纳米微晶材料等,由尺寸在10-10~10-7m的物质组成的微粉体系。由于它具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,因而出现常规材料所没有的一些特别性能。如高强度和高韧性、高热膨胀系数、高比热和低熔点、奇特的磁性和极强的吸波性能等,从而使纳米材料获得广泛的应用。因为纳米超细粉末具有很大的比表面积,能吸收电磁波,同时纳米粒子尺寸远小于红外及雷达波波长,对波的透过率很大,因此由它制成的涂层在很宽的频带范围内可以躲避雷达波的侦察,同时能很好地吸收可见光、红外线,具有红外隐身作用,可以显著改善飞机的隐身性能。目前纳米材料作为隐身技术的关键技术之一,易于实现高吸收、涂层薄、重量轻、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求,是一种极具发展前景的高性能、多功能材料。
二
纳米隐身涂料
纳米材料复合涂料一般都是由纳米材料与有机涂料复合而成的,已有无机纳米材料与有机高分子树脂复合的纳米涂料,它是通过精细控制无机纳米粒子使其均匀分散在高聚物基体中的性能更加优异的新型涂料。纳米材料复合涂料必须满足以下两个条件:一是其中至少有一相的尺寸在1~100nm;二是纳米相的存在使涂料性能得到显著提高或有新功能。广义地讲纳米材料复合涂料还包括金属纳米涂层材料和无机纳米涂层材料。金属纳米涂层材料主要是指材料中含有纳米晶相;无机纳米涂层材料则是由纳米粒子之间的熔融、烧结复合而成。通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前用于涂料的纳米粒子有三类:一是金属氧化物,如TiO2、ZnO2、Al2O3、Fe2O3等;二是纳米金属粉末,如Al、Tl、Cr、Nd、Mo等;三是无机盐类,如CaCO3和层状硅酸盐等。
利用纳米粒子的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性质可以制备紫外屏蔽涂料、吸波涂料、导电涂料等,从而为提高涂料的性能和赋予涂料新的功能开辟了一条新的途径。当这种涂料用于隐身时,就成为纳米隐身涂料。可使涂覆目标能够对可见光、雷达、红外等现代探测仪器有隐身作用。纳米隐身涂料隐身的主要原因包括:
一,由于纳米粒子尺寸远小于红外及雷达波波长,因此纳米材料对这些范围的波的透过率比常规材料要强得多,这大大减少了波的反射率,使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱,从而达到隐身的效果;
二,纳米粒子的比表面积比常规粉体大3~4个数量级,对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多,这样入射到涂料内部的电磁波与隐身涂料相互发生电导损耗、高频介质损耗、磁滞损耗,并将电磁能转化成热能导致电磁波能量衰减,这就使得探测器得到的信号强度大大降低,因此很难被探测器发现,起到了隐身作用。由于纳米材料的结构尺寸在纳米量级、物质的量子效应和表面效应等对材料性能有重要影响,因此在微波场的辐射下,原子、电子运动加剧,促使磁化,使电磁能转化为热能,从而增加了对电磁波的吸收性能。一般认为,纳米吸波材料对电磁波能量的吸收由晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用三种效应决定。
①美国在隐身技术基础理论和实际应用研究方面始终居于前列。其F-117A机身表面包覆了红外与微波隐身材料,这种隐身材料中含有多种超微粒子特别是纳米粒子,其对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力,可以逃避雷达的监视。美国花费巨资研制的纳米雷达波吸波涂料技术,可以使每辆坦克花5000多美元,就可获得涂层薄、吸收率高、吸收波带宽的隐身涂层,它采用金属、铁氧体等纳米微粒与聚合物形成的复合涂层和采用多层结构的复合涂层,能吸收和衰减电磁波和声波,达到电磁隐身和声隐身,有很高的军事价值。
②法国研制成功的一种宽频纳米隐身涂料,由粘合剂和纳米级微填充材料(含Co、Ni合金和SiC纳米颗粒)构成。这种涂层具有超薄电磁吸收夹层结构,有很好的微波磁导率和红外辐射率,吸波涂层在50M~50GHz频率范围内有良好的吸波性能。
③中国纳米科技研究始于20世纪80年代末,目前的研究主要集中在纳米材料的合成和制备、扫描探针显微学、分子电子学以及极少数纳米技术的应用方面。国内一些研究机构,在隐身方面取得了一定的突破,在某些方面达到了较高水平。由于科研条件的限制,中国军工与欧美发达国家军工仍然存在较大差距。
三
蕞达纳米隐身涂料
为实现高吸收、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求,蕞达科技主要推出一款纳米宽频隐身涂料TT824,主要由纳米吸波颗粒填充有机载体构成。该材料具备超宽频率(100M~100GHz)电磁吸收结构以及优良的微波磁导率和红外辐射率。其他性能主要包括如下:
➤ 机械性能包括粘结性、耐磨性等大幅提高;
➤ 高效的宽频带吸波性能可以覆盖电磁波、微波、红外等波段;
➤ 增强军工装备基体的防腐蚀能力与耐候性;
➤ 涂装性能优良,施工性大为改善;