一种基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料，为层状结构，由内至外依次包括介质层Ⅰ、电阻型高温超材料层、介质层Ⅱ、修饰层和频率选择表面层；其中，介质层Ⅰ和介质层Ⅱ均为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；电阻型高温超材料层主要由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成；修饰层为玻璃涂层；频率选择表面层主要由呈周期性图案的耐高温、抗氧化、低红外发射率的贵金属镀层组成。本发明专利技术的制备方法各层材料分层制备。本发明专利技术的耐高温雷达红外兼容隐身材料具有较强的可设计性，采用超材料技术可从结构设计角度较好的解决雷达红外兼容隐身的矛盾性问题，具备较好的宽频吸波性能与低发射率特性；同时还可以耐受1000℃以上的高温。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及吸波材料领域，尤其涉及一种基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料及其制备方法。
技术介绍
随着雷达红外复合侦查与制导技术的发展，具有雷达红外兼容隐身性能的材料已经成为重要的研究方向。但同一材料实现雷达红外兼容隐身存在固有矛盾，原因在于雷达隐身要求材料对电磁波的强吸收、低反射，而红外隐身要求材料低吸收、高反射。因此，如何通过材料结构设计解决两者间的矛盾，是实现雷达红外兼容隐身的关键。同时，随着武器装备飞行速度的提高以及对飞行器尾向隐身性能的新要求，具有耐高温特性的雷达红外兼容隐身材料已经成为制约飞行器高温部位隐身性能的瓶颈技术。ZL201110052236.6号中国专利、ZL201310078127.0号中国专利分别公开了两种树脂基雷达红外兼容隐身材料及其制备方法，该类材料具备较好的雷达红外兼容隐身性能，但提出的隐身材料体系仅适用于200℃以下，难以应用于高温环境，此外提出的雷达红外兼容隐身材料结构存在以下明显不足：ZL201110052236.6号中国专利公布的雷达红外兼容隐身材料，其结构参数的限定范围仅能在6GHz～18GHz高频频段实现较好吸波功能；制备的隐身材料的吸波性能完全通过吸波功能层即复合材料层实现，频率选择表面层仅充当红外隐身功能，对吸波性能无贡献，没有充分考虑频率选择表面与吸波结构对电磁场的耦合效应从而实现协同吸波功能。ZL201310078127.0号中国专利公布的雷达红外兼容隐身材料采用了双层超材料结构形式，采用的电阻型超材料位于介质层表面，仅能在C或X单一频段实现较好吸波性能，宽频与低频吸波性能较差。专利技术内容本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料，为层状结构，由内至外(表面)依次包括介质层Ⅰ、电阻型高温超材料层、介质层Ⅱ、修饰层和频率选择表面层；其中，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ均为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；所述电阻型高温超材料层主要由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成；所述修饰层为玻璃涂层；所述频率选择表面层主要由呈周期性图案的耐高温、抗氧化、低红外发射率的贵金属镀层组成。其中介质层Ⅰ、电阻型高温超材料、介质层Ⅱ构成吸波层，为材料提供主要的雷达吸波功能；修饰层为频率选择表面提供平整高致密表面；频率选择表面层主要提供材料的低发射率特性，即红外隐身功能，同时与电阻型高温超材料产生对电磁波的协同作用，进一步提升吸波性能。上述的耐高温雷达红外兼容隐身材料，优选的，所述氧化物纤维增强氧化物基复合材料包括连续石英纤维增强氧化物基复合材料、连续铝硅酸盐纤维增强氧化物基复合材料、连续莫来石纤维增强氧化物基复合材料或连续氧化铝纤维增强氧化物基复合材料。上述的耐高温雷达红外兼容隐身材料，优选的，所述耐高温电阻涂层的周期性图案是指呈正方形阵列分布的容性贴片图案，前述正方形阵列的周期边长(即图案所在的正方形单元边长)a＝6mm～40mm，所述容性贴片的尺寸c与正方形阵列的周期边长的比值小于0.95(即容性贴片的尺寸c小于0.95a)。上述的耐高温雷达红外兼容隐身材料，优选的，所述贵金属镀层的周期性图案是指呈正方形阵列分布的正方形贴片图案，其中，所述贵金属镀层图案的正方形阵列的周期边长(即图案所在的正方形单元边长)为所述耐高温电阻涂层图案的正方形阵列的周期边长的0.08倍～0.15倍(即贵金属镀层图案的正方形阵列的周期边长p＝0.08a～0.15a)，所述贵金属镀层图案中正方形贴片边长为其正方形阵列的周期边长的0.8倍～0.95倍(即贵金属镀层图案中正方形贴片边长q＝0.8p～0.95p)。上述的耐高温雷达红外兼容隐身材料，优选的，所述耐高温电阻涂层的材料体系为二氧化钌系玻璃基电阻涂层。上述的耐高温雷达红外兼容隐身材料，优选的，所述玻璃涂层的材料选自硼硅酸盐玻璃材料、锂铝硅玻璃材料或堇青石玻璃材料中的任一种；所述贵金属镀层的金属材料选自银、金、铂、钯中的一种或多种的合金。上述的耐高温雷达红外兼容隐身材料，优选的，所述玻璃涂层厚度为0.05mm～0.2mm，表面粗糙度低于1μm；所述金属镀层厚度不低于0.5μm。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的雷达红外兼容隐身材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备所述介质层Ⅰ；(2)采用丝网印刷工艺，将用于制备所述耐高温电阻涂层的涂料印制在步骤(1)制备的介质层Ⅰ上，经干燥和烧结处理后，在介质层Ⅰ上得到电阻型高温超材料层；(3)将用于制备介质层Ⅱ的纤维织物铺在电阻型高温超材料层上以缝合的方式将其和制备好电阻型高温超材料层的介质层Ⅰ缝合成一个整体，再采用溶胶-凝胶工艺对前述整体进行致密化，便在电阻型高温超材料层上得到介质层Ⅱ；(4)分别将介质层Ⅰ和介质层Ⅱ加工至设计尺寸；(5)将用于制备所述修饰层的玻璃涂料刷涂在介质层Ⅱ上，经干燥、烧结处理、打磨、抛光处理，在介质层Ⅱ上得到修饰层；(6)在所述修饰层上采用物理沉积工艺制备一层贵金属镀膜，再采用激光刻蚀工艺将所述贵金属镀膜刻蚀成频率选择表面，完成雷达红外兼容隐身材料的制备。上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，介质层Ⅰ的具体过程包括：先选取符合要求的氧化物纤维，并采用编织方式将氧化物纤维制备成纤维预制件(编织的方式可采用缝合、二维半、三维编织等方式)，再将采用溶胶-凝胶工艺将预制件制成粗坯(待粗坯增重小于0.5％时结束粗坯的制备)；然后采用磨床将粗坯加工平整，厚度大于设计厚度；再按照孔心距5mm～20mm/个完成预制孔的加工，其中X、Y方向采用相同的孔距，即完成介质层Ⅰ的制备。上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，丝网印刷工艺过程中，丝网目数为180～300目，印制遍数为1～3遍；干燥过程中的干燥温度为150℃～250℃，干燥时间为0.5h～1h；烧结过程中的峰值烧结温度为850℃～1000℃，升温速度为15℃/min～20℃/min，烧结时间为10min～120min，烧结气氛为空气；上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，制备介质层Ⅱ的具体操作为：先在制备好电阻型高温超材料的介质层Ⅰ表面根据厚度设计要求铺好氧化物纤维布，然后利用介质层Ⅰ的预制孔通过Z向纤维缝合方式将氧化物纤维布与介质层Ⅰ缝合连接成整体，再采用溶胶-凝胶工艺制备介质层Ⅱ复合材料，待材料增重小于0.5％时完成介质层Ⅱ的制备；步骤(3)后获得的材料还需进行机械加工，用磨床将介质层Ⅰ与介质层Ⅱ加工至设计厚度；所述步骤(5)中，刷涂遍数为2遍～3遍；干燥过程中的干燥温度为150℃～250℃，干燥时间为1h～2h；烧结过程中峰值烧结温度为800℃～950℃，升温速度为10℃/min～15℃/min，烧结时间为10min～60min；所述步骤(6)中，物理沉积工艺具体是指采用磁控溅射工艺，所述磁控溅射工艺的控制参数包括：保护气氛为Ar气，溅射功率为80W～120W，气氛压强控制为0.5Pa～2Pa，溅射时间为10min～90min；激光刻蚀工艺过程中采用皮秒激光器，激光功率为4W～5W，扫描速度为40mm/s～50mm/s，扫描2遍～3遍。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料，其特征在于，所述雷达红外兼容隐身材料为层状结构，由内至外依次包括介质层Ⅰ、电阻型高温超材料层、介质层Ⅱ、修饰层和频率选择表面层；其中，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ均为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；所述电阻型高温超材料层主要由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成；所述修饰层为玻璃涂层；所述频率选择表面层主要由呈周期性图案的耐高温、抗氧化、低红外发射率的贵金属镀层组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料，其特征在于，所述雷达红外兼容隐身材料为层状结构，由内至外依次包括介质层Ⅰ、电阻型高温超材料层、介质层Ⅱ、修饰层和频率选择表面层；其中，所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ均为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；所述电阻型高温超材料层主要由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成；所述修饰层为玻璃涂层；所述频率选择表面层主要由呈周期性图案的耐高温、抗氧化、低红外发射率的贵金属镀层组成。2.如权利要求1所述的雷达红外兼容隐身材料，其特征在于，所述氧化物纤维增强氧化物基复合材料包括连续石英纤维增强氧化物基复合材料、连续铝硅酸盐纤维增强氧化物基复合材料、连续莫来石纤维增强氧化物基复合材料或连续氧化铝纤维增强氧化物基复合材料。3.如权利要求1所述的雷达红外兼容隐身材料，其特征在于，所述耐高温电阻涂层的周期性图案是指呈正方形阵列分布的容性贴片图案，前述正方形阵列的周期边长为6mm～40mm，所述容性贴片的尺寸与正方形阵列的周期边长的比值小于0.95。4.如权利要求3所述的雷达红外兼容隐身材料，其特征在于，所述贵金属镀层的周期性图案是指呈正方形阵列分布的正方形贴片图案，其中，所述贵金属镀层图案中正方形阵列的周期边长为所述耐高温电阻涂层图案中正方形阵列的周期边长的0.08倍～0.15倍，所述贵金属镀层图案中正方形贴片边长为贵金属镀层图案中正方形阵列的周期边长的0.8倍～0.95倍。5.如权利要求1所述的雷达红外兼容隐身材料，其特征在于，所述耐高温电阻涂层的材料体系为二氧化钌系玻璃基电阻涂层。6.如权利要求1所述的雷达红外兼容隐身材料，其特征在于，所述玻璃涂层的材料选自硼硅酸盐玻璃材料、锂铝硅玻璃材料或堇青石玻璃材料中的任一种；所述贵金属镀层的贵金属材料选自银、金、铂、钯中的一种或多种的合金。7.如权利要求1～6任一项所述的雷达红外兼容隐身材料，其特征在于，所述玻璃涂层厚度为0.05mm～0.2mm，粗糙度小于1μm，所述贵金属镀层厚度不低于0.5μm。8.一种如权利要求1～7任一项所述的雷达红外兼容隐身材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备所述介质层Ⅰ；(2)采用丝网印刷工艺，将用于制备所述耐高温电阻涂层的涂料印制在步骤(1)制备的介质层Ⅰ上，经干燥和烧结处理后，在介质层Ⅰ上得到电阻型高温超材料层；(3)将用于制备介质层Ⅱ的纤维织物铺在电阻型高温超材料层上，以缝合的方式将其和制备好电阻型高温超材料层的介质层Ⅰ缝合成一个整体，再采用溶胶-凝胶工艺对前述整体进行致密化，便在电阻型高温超材料层上得到介质层Ⅱ；(4)将介质层Ⅰ和介质层Ⅱ分别加工至设计尺寸；(5)将用于制备所述修饰层的玻璃涂料刷涂在介质层Ⅱ上，经干燥、烧结处理、打磨、抛光处理，在介质层Ⅱ上得到修饰层；(6)在所述修饰层上采用物理沉积工艺制备一层贵金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海韬，李君哲，宫禹，黄文质，程海峰，田浩，姜如，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43