用羰基鐵粉制備吸波涂層
吸波材料用于飛機涂層以減小其對雷達的反射面、降低雷達截面,不僅可以提高任務成功率還能增加戰機在敵方范圍內的生存幾率。因此,發展新型吸波材料具有重要意義。
微波吸收劑按材料的損耗機理可以分為電阻型、電介質型和磁介質型。磁介質型吸收劑對電磁波的衰減主要基于共振和磁滯損耗,代表性的物質為鐵氧體和金屬微粉,而金屬微粉一般又包括羰基鐵粉、羰基鎳粉、坡莫合金、鈷鎳合金等。羰基鐵粉屬于典型的磁介質型吸收劑,由于其具有較寬的吸收頻段而引起人們越來越多的關注。
好的吸波材料應該滿足以下條件:(1)當電磁波傳播至材料表面時能夠最大限度地使電磁波進入材料內部,減少電磁波的直接反射;(2)電磁波在材料內部傳播時能夠迅速使其衰減。
實驗與理論都證明,為了達到無反射,要求介電常數等于磁導率,較好的吸波涂層要求介電常數和磁導率之間具有良好的匹配,但是僅使用介電損耗型吸收劑或磁損耗型吸收劑作為吸收劑將導致復介電常數與復磁導率間的不匹配。羰基鐵粉作為磁損耗型吸收劑與介電損耗型吸收劑混合使用能夠得到較好的吸波效果。這為羰基鐵粉的廣泛應用提供了理論和實驗的支持。為了提高以羰基鐵粉為吸收劑的吸波涂層的吸波特性及抗氧化性,常常將其他類型的吸收劑與羰基鐵粉共同作為吸收劑并對羰基鐵粉進行改性。
羰基鐵粉是由羰基鐵分解得到的鐵粉,五羰基鐵化合物Fe(CO)5被加熱到70～80 ℃時開始分解成Fe和CO,在155℃時大量分解,最后形成蔥頭狀結構的羰基鐵粉,所生成的羰基鐵粉中主要為α鐵,含有碳、氧等雜質。
隨著電磁信息等技術的發展,常溫下的電磁波屏蔽已滿足不了需求。雖然羰基鐵粉的溫度穩定性較好,但羰基鐵粉的氧化溫度約為200℃,其抗氧化性較差。因此,對羰基鐵粉進行抗氧化處理尤為重要。實驗表明,將羰基鐵粉與其他物質反應形成核殼結構,包覆的納米殼層有助于提高羰基鐵的熱穩定性,殼層的致密性和殼層含量是影響核殼復合粒子耐熱性能的主要因素,而且形成核殼層結構的Fe/SiO2還可以抑制渦流損耗。另外,利用導電聚合物也能提高羰基鐵粉的抗氧化性。可以通過在羰基鐵粉外包覆一層聚苯胺樹脂來提高羰基鐵粉的抗氧化性和抗腐蝕性。包覆一層聚苯胺后,在聚苯胺和羰基鐵粉界面間形成γ-Fe2O3氧化層,以阻止羰基鐵粉的進一步氧化,并可增大介電常數。
另外,研究發現,當其他條件不變時,僅改變基體的類型,吸波材料的反射率就會明顯發生變化。因此,選擇合適的基體并對其進行適當的改性,也是吸波涂層設計與制備的關鍵之一。應用于飛機外表面的吸波涂層在滿足各種力學性能的同時還必須具有較好的耐高溫性能,環氧樹脂由于其良好的高溫抗性而得到越來越多的重視。(中國冶金報)
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