新型结构吸波复合材料的设计与吸波性能研究

摘要

随着现代科学技术的发展，传统的涂层吸波材料已经不能满足民用和现代化国防的要求，结构型吸波材料日益成为吸波材料研究和开发的主要方向之一。其中，结构型吸波复合材料具有吸收强、频带宽、可设计性、力学性能优良等特点，它的研究和开发成为实现新一代综合性能优越的吸波材料的有效途径之一。
　　 本论文主要做了以下三个方面的工作：以传输线理论为基础，编写了结构吸波复合材料的吸波性能计算程序，对结构吸波复合材料的吸波性能进行了计算；研究制备了三层结构与四层结构吸波复合材料；研究制备了单层PVC泡沫夹芯型与双层PVC泡沫夹芯型结构吸波复合材料。得出了以下结论：
　　 (1)本论文编制的计算机辅助设计程序能够对结构吸波体的吸波性能进行有效地预测，由实验及模拟计算验证：本论文研究开发的结构吸波体的吸波性能计算程序是可行的。
　　 (2)本实验制备的二氧化锰/镍锌铁氧体/石墨型三层结构吸波体在8-18GHz频段内的最佳结构配组为：面层二氧化锰含量15wt％，中间层镍锌铁氧体含量35wt％，底层石墨含量35wt％，其最大吸收为-38.54dB，有效带宽为7.1GHz。随着二氧化锰质量分数的增大，最大反射率逐渐减小，最大吸收峰对应的频率逐渐向高频方向移动，且吸收>10dB的带宽呈逐渐减少的趋势；随着底层石墨含量的增加，最大吸收峰值整体向低频方向移动。
　　 (3)采用双层阻抗变换层设计的四层结构体，能够有效的拓展频宽，本文最佳频宽设计时各层吸波剂含量依次为：二氧化锰15wt％，10wt％二氧化锰+20wt％镍锌铁氧体，25wt％镍锌铁氧体+20wt％石墨，30wt％石墨，最大吸收频宽为9.55GHz，基本能达到测试频段内的全频吸收。
　　 (4)采用镍锌铁氧体和羰基铁粉共混的阻抗变换层设计的三层结构体，能够有效提升整体匹配性能和频带展宽性能，为本论文研究的所有结构设计形式中的最佳。当调节中间层含35wt％的镍锌铁氧体和10wt％的羰基铁粉时，最大吸收峰为-50.74dB，有效频宽为7.45GHz。三层结构吸波体各层厚度依次为：1mm、1mm、3mm，四层结构吸波体各层厚度依次为：1mm、1mm、1mm、2mm。
　　 (5)含单层PVC泡沫夹芯结构吸波体的吸波性能优于含双层PVC泡沫夹芯结构吸波体的吸波性能。随着泡沫夹心层厚度的增加，试样的最大反射率逐渐增大，且最大反射率峰值对应的频率逐渐向高频移动；面层石墨吸波剂含量在10wt％-15wt％为最佳，而随着底层石墨吸波剂含量的增加，整体吸波性能也呈逐渐减小的趋势，且最大吸收峰向低频方向移动。单层泡沫夹芯结构体在8-18GHz的最大吸收峰峰值可达-35.68dB，小于-10dB的带宽约为2.35GHz。其结构：面层厚度为3mm，含15wt％石墨吸波剂，中间泡沫夹芯层厚度为10mm，底层厚度为2mm，含15wt％石墨吸波剂。