一种耐高温雷达吸波材料及其制备方法和吸波涂层

本发明属于吸波涂层材料，具体涉及一种耐高温雷达吸波材料及其制备方法和吸波涂层。

背景技术：

1、对于外形已经确定的航空航天装备升级改造，吸波材料的应用成为一种主要措施。一些航空发动机、航天领域的涂层材料，尤其是隐身材料需要能够承受高温环境。磁性吸波材料具有厚度小、吸收频带宽等优点，但由于居里温度的限制，磁性材料不能应用于800℃以上的高温，所以高温吸波材料大都是电损耗型吸波材料为主。但与常温应用的磁性吸收材料相比，电损耗型吸波材料具有吸收频段较窄，吸收层厚度厚，低频吸波效果较差等缺点，难以满足发动机高温部件和航天器的雷达隐身设计需求，有必要开发新的技术途径和材料体系解决高温部件的雷达隐身问题。

2、周期结构是一种具有周期性电磁单元分布的复合结构/功能材料，超材料、频率选择表面、电路模拟屏等都属于周期结构材料的范畴。该类结构的电磁参量(介电常数和磁导率)受材料本征参数的影响较小，可以说对材料的磁性能没有任何要求，因此即便在高温磁性材料失效的情况下仍能够通过对结构参数的设计和调控，实现周期结构对电磁波反射、吸收等传输特性的灵活控制，因此，相较于传统的高温吸波材料，超表面具有超薄、轻质、宽带、易于与目标结构进行共形化设计的特点。

3、采用超表面对电磁波的反射衰减有着三种方式：散射、吸收、或者散射和吸收的结合。对于吸收型超表面来说，如采用二氧化钌丝网印刷烧结浆料作为表面周期电磁单元，氧化物纤维增强氧化物基复材或莫来石纤维等作为介质层。吸收型超表面的周期电磁单元要求具有较为稳定的方阻值，其吸收机制在于利用电阻损耗进行宽频带的电磁吸收。周期电磁单元的方阻值对于吸收峰形的变化较为显著，在高温下二氧化钌浆料还存在电阻稳定性的问题。

4、散射型超表面与吸收型超表面有所区别，散射型超表面需要表面周期结构图形在电磁波的界面反射处引入突变相位，通过合理的设计，可以在较宽频带将反射电磁波漫散射化，从而大大降低某一个特定方向的反射电磁波，实现rcs减缩。

5、现有研究较多的高温吸波材料抗氧化能力较差，无法在高温下服役；其他吸波结构和设计，涂层厚，且高温和常温下的反射率变化较大，因此急需研究一种吸波性能稳定、厚度薄的雷达吸波材料。

6、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐高温雷达吸波材料及其制备方法和吸波涂层，以有助于解决或改善现有技术中的高温吸波材料的耐高温性能差或厚度大的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐高温雷达吸波材料，所述耐高温雷达吸波材料的分子式为xal2o3·yy2o3·(1-x-y)zro2；其中，0＜x≤0.3，y＝0.02-0.12。

3、本发明还提供了一种耐高温雷达吸波材料的制备方法，其采用下述技术方案：如权上所述的耐高温雷达吸波材料的制备方法，包括下述步骤：(1)对y2o3粉末和zro2粉末混合研磨，得到混合超细粉末；(2)将经步骤(1)处理得到的混合超细粉末在1200-1450℃烧结4-10 h，形成氧化钇稳定的氧化锆相；(3)将经步骤(2)烧结得到的粉末研磨后与al2o3粉末、水和粘结剂混合，研磨分散得到浆料；(4)对经步骤(3)处理得到的浆料进行喷雾干燥，即得所述耐高温雷达吸波材料。

4、优选地，所述y2o3粉末、zro2粉末和al2o3粉末的粒度分别为0.5-5μm；步骤(3)中，所述粘结剂为聚乙烯醇溶液和/或聚乙烯亚胺溶液，所述聚乙烯醇溶液和/或聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.5 wt.％-3 wt.％。

5、优选地，步骤(1)中，在行星式球磨机中湿法研磨、过滤并干燥后得到所述混合超细粉末；所述行星式球磨机的工作参数为：正反转交替球磨10-48h，转速为200-400 r/min；步骤(4)中，所述喷雾干燥时，喷雾干燥设备的离心雾化器的转速为25-40 hz，进风口温度控制在180-200℃，出风口温度控制在100-130℃。

6、本发明还提供了一种吸波涂层，其采用下述技术方案：一种吸波涂层，所述吸波涂层包括依次设置的粘结层、雷达介质层和电磁散射层；所述雷达介质层采用如上所述的耐高温雷达吸波材料制备得到。

7、优选地，所述电磁散射层采用散射型超表面图形结构，所述散射型超表面图形的周期结构中，周期电磁单元呈开口谐振环状。

8、优选地，所述粘结层的材质为nicraly或nicocraly，所述粘结层的厚度为0.05-0.15 mm；所述雷达介质层的厚度为0.5-1.2 mm；所述电磁散射层的材质为铂，所述电磁散射层的厚度为1-10μm。

9、优选地，所述电磁散射层通过镀铂得到；或，所述电磁散射层通过将铂高温烧结浆料覆盖在所述雷达介质层表面并烧结处理后得到；所述周期电磁单元呈方形开口谐振环状和/或圆形开口谐振环环状，所述周期电磁单元的开口宽度为0.1-2 mm。

10、优选地，所述铂高温烧结浆料包括下述重量份的组分：有机粘结剂5-20份、溶剂200-400份、助剂1-10份、玻璃粉300-450份和铂粉1500-2000份；所述有机粘结剂为乙基纤维素和/或羟乙基纤维素；所述溶剂为松油醇和/或二乙二醇丁醚；所述助剂为氢化蓖麻油、卵磷脂和byk-333中的至少一种；所述玻璃粉为中温玻璃粉，始熔温度为700-900℃；所述铂粉的纯度＞99.99wt％，所述铂粉的平均粒径为100-500 nm。

11、优选地，所述铂高温烧结浆料通过将所述有机粘结剂、溶剂、助剂、玻璃粉和铂粉混合均匀后，研磨得到；所述铂高温烧结浆料的烧结温度为880-1080℃，烧结时间为1-2 h。

12、有益效果：

13、本发明的耐高温雷达吸波材料通过对传统的氧化锆进行改性，改性后材料的介电常数可以在14-35之间调节，并且具有良好的高温相稳定性，且与高温合金基材的热匹配性良好。在高温下不易发生脱落和开裂，抗热震性优良。本发明的耐高温雷达吸波材料，在1000℃热考核3000 h后，涂层未出现脱落和开裂现象。

14、本发明的吸波涂层采用三层结构，总体工艺简单，成本低。本发明的吸波涂层在反射率温度波动小(室温—950℃反射率平均值的差别小)、耐温时间长(950℃耐温时间可达1550 h以上)且耐热震性好(可达620次以上)。

15、本发明的吸波涂层中的电磁散射层采用铂图形的方案，兼具红外低发射率特性，可以实现雷达/红外兼容；且，雷达介质层的厚度小(不大于1.2 mm)。

技术特征：

1.一种耐高温雷达吸波材料，其特征在于，所述耐高温雷达吸波材料的分子式为xal2o3·yy2o3·(1-x-y)zro2；其中，0＜x≤0.3，y＝0.02-0.12。

2.如权利要求1所述的耐高温雷达吸波材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

3.如权利要求2所述的耐高温雷达吸波材料的制备方法，其特征在于，所述y2o3粉末、zro2粉末和al2o3粉末的粒度分别为0.5-5μm；

4.如权利要求2所述的耐高温雷达吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在行星式球磨机中湿法研磨、过滤并干燥后得到所述混合超细粉末；所述行星式球磨机的工作参数为：正反转交替球磨10-48h，转速为200-400r/min；

5.一种吸波涂层，其特征在于，所述吸波涂层包括依次设置的粘结层、雷达介质层和电磁散射层；

6.如权利要求5所述的吸波涂层，其特征在于，所述电磁散射层采用散射型超表面图形结构，所述散射型超表面图形的周期结构中，周期电磁单元呈开口谐振环状。

7.如权利要求5所述的吸波涂层，其特征在于，所述粘结层的材质为nicraly或nicocraly，所述粘结层的厚度为0.05-0.15mm；

8.如权利要求6所述的吸波涂层，其特征在于，所述电磁散射层通过镀铂得到；或，

9.如权利要求8所述的吸波涂层，其特征在于，所述铂高温烧结浆料包括下述重量份的组分：有机粘结剂5-20份、溶剂200-400份、助剂1-10份、玻璃粉300-450份和铂粉1500-2000份；

10.如权利要求9所述的吸波涂层，其特征在于，所述铂高温烧结浆料通过将所述有机粘结剂、溶剂、助剂、玻璃粉和铂粉混合均匀后，研磨得到；所述铂高温烧结浆料的烧结温度为880-1080℃，烧结时间为1-2h。

技术总结本发明属于吸波涂层材料技术领域，具体涉及一种耐高温雷达吸波材料及其制备方法和吸波涂层。本发明的耐高温雷达吸波材料的分子式为xAl<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;·yY<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;·(1‑x‑y)ZrO<subgt;2</subgt;；其中，0＜x≤0.3，y＝0.02‑0.12。本发明的具有良好的高温相稳定性，且与高温合金基材的热匹配性良好，在高温下不易发生脱落和开裂，抗热震性优良。技术研发人员：王昕受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18