本發(fā)明屬于頻率吸波材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于頻率選擇表面的紅外隱身材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著多譜段探測與制導(dǎo)技術(shù)的迅速發(fā)展，單一功能隱身材料已經(jīng)不能滿足裝備發(fā)展需要。多波段兼容隱身材料，尤其是紅外隱身復(fù)合材料，已成為隱身材料研究的發(fā)展方向。然而，要實現(xiàn)材料與紅外隱身功能的一體化(也即相互兼容)，還存在一定的矛盾，原因在于雷達隱身要求對電磁波強吸收、低反射，而紅外隱身要求低吸收、高反射。因此，如何通過材料結(jié)構(gòu)設(shè)計解決兩者間的矛盾，是實現(xiàn)紅外兼容隱身的關(guān)鍵。同時，隨著飛行速度的提高以及對飛行器尾向隱身性能的新要求，具有耐高溫能力的雷達與紅外兼容隱身材料已經(jīng)成為制約飛行器高溫部位隱身性能的瓶頸技術(shù)。

zl201110053460.7號中國專利、zl201110052115.1號中國專利、zl201210139046.2號中國專利、zl201410128311.6號中國專利文獻分別公開了幾種連續(xù)纖維增強陶瓷基吸波復(fù)合材料及其制備方法，公開的幾種吸波復(fù)合材料具有較好的吸波性能以及耐溫性，但不具備紅外隱身性能。基于以上分析，目前對可應(yīng)用于高溫環(huán)境的紅外兼容隱身材料尚屬空白，亟待提出具備耐高溫能力的紅外隱身復(fù)合材料及相應(yīng)的制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種基于頻率選擇表面的紅外隱身復(fù)合材料及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種基于頻率選擇表面的紅外隱身復(fù)合材料，其中：

所述紅外隱身復(fù)合材料為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)至外依次包括目標(biāo)表面層、第一中間介質(zhì)層、電容型頻率選擇表面層、第二中間介質(zhì)層、金屬型容性頻率選擇表面層和電阻型容性頻率選擇表面層；

其中，所述目標(biāo)表面層為目標(biāo)的表面；

第一中間介質(zhì)層厚度為0.05～0.1mm，為具有1.5～2.5的介電常數(shù)為的低介電常數(shù)玻璃材料，并且介電損耗為0.55～0.65；

所述電容性頻率選擇表面層的厚度為0.05～0.12mm；

第二中間介質(zhì)層厚度為0.18～0.25mm，為具有1.2～2.1的介電常數(shù)為的低介電常數(shù)玻璃材料，并且介電損耗為0.53～0.61；

所述電阻型容性頻率選擇表面層為具有矩陣式結(jié)構(gòu)的耐高溫電阻涂層，所述金屬型容性頻率選擇表面層為矩陣式結(jié)構(gòu)并且選用低紅外發(fā)射率的金屬制作而成，厚度為0.22～0.25mm；

具有矩陣式結(jié)構(gòu)的所述電阻型容性頻率選擇表面層的周期單元尺寸a為10.4mm～16.33mm，其周期單元尺寸a的比例系數(shù)x為0.46～0.64；

具有矩陣式結(jié)構(gòu)的所述金屬型容性頻率選擇表面層的周期單元尺寸為b，且設(shè)n＝[a/b]，則n＝5～10,[]表示取整運算；

所述金屬型容性頻率選擇表面層的周期單元尺寸b的比例系數(shù)y為0.55～0.82；

所述低紅外發(fā)射率的金屬為金、銀、銅或鉑。

較佳地，所述矩陣式結(jié)構(gòu)的耐高溫電阻涂層是正方形貼片圖案，前述正方形貼片所在矩陣單元的邊長為6mm～30mm，所述正方形貼片的邊長與矩陣單元的邊長的比值為0.25～0.65。

較佳地，所述耐高溫電阻涂層的材料體系為二氧化釕系玻璃基電阻涂層。

較佳地，所述第一和第二中間介質(zhì)層為硼硅酸鉛玻璃材料、磷酸鹽玻璃材料、堇青石玻璃材料或鋰鋁硅玻璃材料；所述金屬鍍層的金屬材料選自銀、金、鉑、鈀中的一種或多種的合金。

較佳地，所述金屬鍍層是呈矩陣式分布的正方形貼片圖案，該正方形貼片所在矩陣單元的邊長為0.6mm～2.2mm，該正方形貼片的邊長與矩陣單元的邊長的比值為0.6～0.90。

本發(fā)明還提供一種紅外隱身復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取和制備所述介第一和第二中間介質(zhì)層；

(2)將第一中間介質(zhì)層覆蓋于目標(biāo)表面上；

(3)采用絲網(wǎng)印刷、磁控濺射或蒸鍍工藝在所述第一中間介質(zhì)層上制備一電容型頻率選擇表面層；

(4)將第二中間介質(zhì)層覆蓋于所述電容型頻率選擇表面層上；

(5)采用絲網(wǎng)印刷、磁控濺射或蒸鍍工藝在所述第二中間介質(zhì)層上制備一金屬膜層；

(6)采用pcb工藝或電路板雕刻工藝在所述金屬膜層上刻蝕出符合設(shè)計和參數(shù)要求的所述金屬型容性頻率選擇表面層；

(7)通過絲網(wǎng)印刷工藝采用導(dǎo)電碳漿在所述金屬型容性頻率選擇表面層上制備符合設(shè)計和參數(shù)要求的電阻型容性頻率選擇表面層；

(8)采用真空袋壓的方法，通過粘結(jié)劑將附著有金屬型容性頻率選擇表面層的第二中間介質(zhì)層、電阻型容性頻率選擇表面層和目標(biāo)表面層、第一中間介質(zhì)層粘合成整體，得到紅外隱身復(fù)合材料。

其中，所述耐高溫電阻涂層的涂料為二氧化釕系玻璃基電阻涂料，該涂料的制備方法包括以下步驟：將玻璃原料粉體混合均勻后經(jīng)1300℃～1500℃的溫度熔煉1h～3h，然后將得到的玻璃熔體倒入去離子水中進行淬冷，得到玻璃，再將玻璃球磨成玻璃粉后先與ruo2粉混合均勻，再與有機載體混合均勻制成二氧化釕系玻璃基電阻涂料；

所述玻璃原料粉體主要由以下質(zhì)量百分比的組分組成：

sio230％～50％；

al2o310％～25％；

pbo12％～25％；

mgo5％～15％；

cao5％～10％；

zno3％～10％；

bao2％～8％；和

b2o31％～5％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的耐高溫紅外隱身復(fù)合材料可以耐受至少1300℃以上的高溫，具有較好的耐高溫性和優(yōu)異的抗氧化性。

(2)本發(fā)明的耐高溫和紅外隱身復(fù)合材料的厚度較小，從而減輕了產(chǎn)品的重量，滿足了部件的輕量化需求；尤其是厚度可比現(xiàn)有的吸波材料降低30％～60％，材料來源廣泛，成本低廉。

(3)本發(fā)明的紅外兼容隱身復(fù)合材料的制備方法工藝簡單且相對成熟、易于規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的紅外隱身復(fù)合材料的組合原理示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的紅外隱身復(fù)合材料的目標(biāo)表面光譜輻射特性選擇性分布示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例1中制備的耐高溫的紅外隱身復(fù)合材料在室溫、1000℃以及1000℃考核后恢復(fù)室溫的反射率曲線圖。

圖4是本發(fā)明實施例1中制備的耐高溫的紅外隱身復(fù)合材料在600℃、800℃、1000℃下的3～5μm紅外波段平均發(fā)射率。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。

除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。

圖1是本發(fā)明的紅外隱身材料的組合原理示意圖。如圖1所示，一種基于頻率選擇表面的紅外隱身復(fù)合材料，所述紅外隱身復(fù)合材料為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)至外依次包括目標(biāo)表面層10、第一中間介質(zhì)層(未示出)、電容型頻率選擇表面層12、第二中間介質(zhì)層14、金屬型容性頻率選擇表面層16和位于金屬型容性頻率選擇表面層(mcfss層)16上的電阻型容性頻率選擇表面層(rcfss層)18；

其中，所述目標(biāo)表面層為目標(biāo)的表面；第一中間介質(zhì)層厚度為0.05～0.1mm，為具有1.5～2.5的介電常數(shù)為的低介電常數(shù)玻璃材料，并且介電損耗為0.55～0.65；圖1中，第一中間介質(zhì)層未示出。

所述電容性頻率選擇表面層的厚度為0.05～0.12mm；

第二中間介質(zhì)層厚度為0.18～0.25mm，為具有1.2～2.1的介電常數(shù)為的低介電常數(shù)玻璃材料，并且介電損耗為0.53～0.61；

所述電阻型容性頻率選擇表面層為具有矩陣式結(jié)構(gòu)的耐高溫電阻涂層，所述金屬型容性頻率選擇表面層為矩陣式結(jié)構(gòu)并且選用低紅外發(fā)射率的金屬制作而成，厚度為0.22～0.25mm；

具有矩陣式結(jié)構(gòu)的所述電阻型容性頻率選擇表面層的周期單元尺寸a為10.4mm～16.33mm，其周期單元尺寸a的比例系數(shù)x為0.46～0.64；

具有矩陣式結(jié)構(gòu)的所述金屬型容性頻率選擇表面層的周期單元尺寸為b，且設(shè)n＝[a/b]，則n＝5～10,[]表示取整運算；

所述金屬型容性頻率選擇表面層的周期單元尺寸b的比例系數(shù)y為0.55～0.82；

所述低紅外發(fā)射率的金屬為金、銀、銅或鉑。

較佳地，矩陣式結(jié)構(gòu)的耐高溫電阻涂層是正方形貼片圖案，前述正方形貼片所在矩陣單元的邊長為6mm～30mm，所述正方形貼片的邊長與矩陣單元的邊長的比值為0.25～0.65。

本發(fā)明中，所述耐高溫電阻涂層的材料體系為二氧化釕系玻璃基電阻涂層。

本發(fā)明中，所述第一和第二中間介質(zhì)層為硼硅酸鉛玻璃材料、磷酸鹽玻璃材料、堇青石玻璃材料或鋰鋁硅玻璃材料；所述金屬鍍層的金屬材料選自銀、金、鉑、鈀中的一種或多種的合金。

本發(fā)明中，金屬鍍層是呈矩陣式分布的正方形貼片圖案，該正方形貼片所在矩陣單元的邊長為0.6mm～2.2mm，該正方形貼片的邊長與矩陣單元的邊長的比值為0.6～0.90。

本發(fā)明的另一個實施例還提供一種紅外隱身復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)在目標(biāo)表面上制備第一中間介質(zhì)層；

(2)采用絲網(wǎng)印刷、磁控濺射或蒸鍍工藝在所述第一中間介質(zhì)層上制備一電容型頻率選擇表面層；

(3)在所述電容型頻率選擇表面層上制備第二中間介質(zhì)層；

(4)采用絲網(wǎng)印刷、磁控濺射或蒸鍍工藝在所述第二中間介質(zhì)層上制備一金屬膜層；

(5)采用pcb工藝或電路板雕刻工藝在所述金屬膜層上刻蝕出符合設(shè)計和參數(shù)要求的所述金屬型容性頻率選擇表面層；

(6)通過絲網(wǎng)印刷工藝采用導(dǎo)電碳漿在所述金屬型容性頻率選擇表面層上制備符合設(shè)計和參數(shù)要求的電阻型容性頻率選擇表面層；

(7)采用真空袋壓的方法，通過粘結(jié)劑將附著有金屬型容性頻率選擇表面層的第二中間介質(zhì)層、電阻型容性頻率選擇表面層和目標(biāo)表面層、第一中間介質(zhì)層粘合成整體，得到紅外隱身復(fù)合材料。

其中，所述耐高溫電阻涂層的涂料為二氧化釕系玻璃基電阻涂料，該涂料的制備方法包括以下步驟：將玻璃原料粉體混合均勻后經(jīng)1300℃～1500℃的溫度熔煉1h～3h，然后將得到的玻璃熔體倒入去離子水中進行淬冷，得到玻璃，再將玻璃球磨成玻璃粉后先與ruo2粉混合均勻，再與有機載體混合均勻制成二氧化釕系玻璃基電阻涂料；

所述玻璃原料粉體主要由以下質(zhì)量百分比的組分組成：

sio230％～50％；

al2o310％～25％；

pbo12％～25％；

mgo5％～15％；

cao5％～10％；

zno3％～10％；

bao2％～8％；和

b2o31％～5％。

本發(fā)明中，作為一個例子，制備電阻型容性頻率選擇表面層：采用絲網(wǎng)印刷工藝(絲網(wǎng)目數(shù)250目，在金屬型容性頻率選擇表面層上印制1遍)，在步驟(5)后，經(jīng)干燥(250℃下保溫2h)和燒結(jié)處理(峰值燒結(jié)溫度1000℃，升溫速度為20℃/min，燒結(jié)時間10min)，電阻型容性頻率選擇表面層(涂層厚度為0.02mm)即燒結(jié)在金屬型容性頻率選擇表面層上，制備的電阻型容性頻率選擇表面層呈矩陣式分布的正方形貼片圖案，該正方形貼片所在矩陣單元的邊長a為13.44mm，正方形貼片的邊長與矩陣單元的邊長的比值x＝0.574；

本發(fā)明中，作為一個例子，如下制備第一和第二中間介質(zhì)層：采用刷涂工藝，刷涂5遍，將堇青石玻璃涂料(涂料粘度為130pa·s，涂料中堇青石玻璃粉體與有機載體的質(zhì)量的比值為3:1；有機載體由質(zhì)量含量為80％的檸檬酸三丁酯、5％的硝酸纖維和15％的卵磷脂組成)刷涂在目標(biāo)表面層上或者步驟(2)制備的電容型頻率選擇表面層上，經(jīng)干燥(150℃下保溫4h)和燒結(jié)處理(峰值燒結(jié)溫度825℃，升溫速度為10℃/min，燒結(jié)時間20min)，中間介質(zhì)層即燒結(jié)在電容型頻率選擇表面層上，隨后，將中間介質(zhì)層打磨拋光至厚度為0.18mm、粗糙度為3.6μm左右；

在本發(fā)明中，作為一個例子，制備金屬型容性頻率選擇表面層：以金屬鉑為耐高溫紅外低發(fā)射率材料，采用磁控濺射工藝(工藝參數(shù)為：氬氣為保護氣氛，工作氣壓為0.8pa，濺射溫度為250℃，濺射功率為120w，濺射時間為45min)在步驟(4)制備的中間介質(zhì)層表面濺射一層1.8μm厚的鉑鍍層；根據(jù)頻率選擇表面設(shè)計圖案，采用皮秒激光器刻蝕(激光功率5w，掃描速度40mm/s，掃描2遍)具有一定周期形式的圖案，周期圖案為矩陣式分布的正方形貼片，該正方形貼片所在矩陣單元的邊長b＝1.53mm，正方形貼片的邊長與矩陣單元的邊長的比值y＝0.8，完成紅外隱身復(fù)合材料。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的紅外隱身復(fù)合材料的目標(biāo)表面光譜輻射特性選擇性分布示意圖。圖2為計算機顯示截頻示意圖，示出了光譜輻射特性隨著光密度和波長變化的關(guān)系圖。

測試本實施例耐高溫的紅外隱身復(fù)合材料反射率曲線如圖3所示，其反射率曲線在室溫、1000℃、1000℃考核后回復(fù)到室溫三個溫度狀態(tài)下，在4～8ghz范圍內(nèi)均小于-5.5db。測試其在600℃、800℃、1000℃下平均紅外發(fā)射率值(3～5μm紅外波段)，如圖4所示，三個溫度下的平均紅外發(fā)射率值分別為0.151、0.154、0.160。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。