一種磁性吸波貼片縮比模擬復(fù)合材料配制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于目標與環(huán)境電磁散射特性研究中的電磁縮比模擬復(fù)合材料設(shè)計與構(gòu) 造領(lǐng)域，涉及一種電磁縮比模擬復(fù)合材料，具體涉及一種磁性吸波貼片縮比模擬復(fù)合材料 配制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達散射截面精確測量是雷達探測、目標識別和電子戰(zhàn)技術(shù)的重要研究手段，在 提升我國武器系統(tǒng)的防御能力以及新型隱身武器系統(tǒng)的研制中發(fā)揮著舉足輕重的作用。通 常的測量方法主要有全尺寸實測法和電磁縮比測量法。由于外場全尺寸實測法存在著真實 目標獲取困難、可控性性差、測試成本極其昂貴等難以克服的障礙。因此，電磁縮比測量法 被廣泛應(yīng)用在目標和環(huán)境的雷達散射截面的測量之中。對于電磁縮比測量，為了能夠準確 地得到原型目標的雷達散射截面，要求縮比模型與原型目標保持電尺寸比例不變，更重要 的是保證它們電磁散射特性相同。因此，電磁縮比材料的研制成為縮比測量技術(shù)的關(guān)鍵。 隨著以隱身飛機為代表的隱身武器系統(tǒng)的出現(xiàn)，電磁吸波材料正受到各個國家越來越多的 關(guān)注。與電損耗型吸波相比，磁損耗型更能符合隱身材料"薄、輕、寬、強"的發(fā)展要求。然 而，絕大多數(shù)材料在縮比測量的頻率范圍內(nèi)無法保持磁性能，導(dǎo)致了在測試頻率下難以獲 得與原型材料在原型測試頻率下的電磁參數(shù)。國防專利"一種非金屬目標電磁散射特性縮 比測試方法"（專利號：ZL200710081915.X)、國防專利"一種用于電磁散射特性測試的海水 縮比模擬材料制造方法"（專利號：201218005632. 90)、國防專利"亞毫米波波段的非金屬 材料制備方法及系統(tǒng)"（專利號：201318007995. 00)以及國防專利"高介電常數(shù)海水縮比模 擬復(fù)合材料加工方法"（專利號=201318007991. 20)都進行了電磁縮比材料配制方法的研 究，這些專利中配制的材料都是非磁性材料，只需對介電常數(shù)進行設(shè)計，使之與原型材料在 原型測試頻率處的介電常數(shù)相同或接近，這種縮比材料的設(shè)計方法不適合磁性材料的縮比 設(shè)計，而且設(shè)計材料配方時采用的公式為一般的等效媒質(zhì)理論公式，這些公式不適合高濃 度混合等效電磁參數(shù)的計算，而且填充的顆粒往往是球形顆粒，對各向異性的填充顆粒計 算時誤差將更大。
[0003] 因此，磁性吸波材料的縮比模擬復(fù)合材料的研制亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的提供一種磁性吸波材料的縮比模擬復(fù)合材料的研制方法，采用混合 物等效電磁參數(shù)計算方法，能對高濃度各向異性的顆粒混合物進行等效電磁參數(shù)進行計 算，并在此基礎(chǔ)上進一步提出縮比模擬復(fù)合材料斜角反射率優(yōu)化設(shè)計方法，可以有效地解 決包括磁性吸波材料在內(nèi)的縮比模擬復(fù)合材料設(shè)計與制備難題，從而為推動雷達散射截面 縮比測量技術(shù)的發(fā)展做出貢獻。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了 一種磁性吸波貼片縮比模擬復(fù)合材料配制方法， 其包含如下步驟：
[0006] 步驟1，確定模擬復(fù)合材料中電磁顆粒與粘結(jié)劑的混合比例：在給定厚度范圍內(nèi)， 通過對不同配方的模擬復(fù)合材料在縮比頻率處的斜角反射率進行計算，找出與磁性吸波貼 片原型材料在原型頻率下的斜角反射率最為接近的模擬復(fù)合材料，確定該模擬復(fù)合材料的 配方，即，其中電磁顆粒的濃度（電磁顆粒與粘結(jié)劑的相對比例）和相應(yīng)的材料厚度；
[0007] 步驟2,按上述確定的混合比例稱量電磁顆粒與粘結(jié)劑；
[0008] 步驟3,加料、混煉：混煉過程包括包輥、吃粉和翻煉三個階段，在混煉過程，輥速 控制在16~18r/min內(nèi)，速比一般為1:1. 1~1:1. 2之間，輥溫一般能超過50°C;
[0009] 步驟4,硫化：在溫度為180°C，壓力為lOMPa下模壓硫化5min左右，取出，冷卻至 室溫，放置一段時間，得到硫化片；
[0010] 步驟5,熱處理：將硫化片在溫度為200°C，放置4~6小時，取出冷卻，得到縮比模 擬用磁性吸波貼片。
[0011] 上述的方法，其中，吸波材料的斜角反射率與電磁波的極化方式有關(guān)，當電磁波為 橫電波時，電磁波的電場分量與電磁波傳播方向和貼片法線方向構(gòu)成的平面垂直，磁場分 量在該平面內(nèi)，此時斜角反射率可以通過以下公式計算獲得：
[0012]
[0013]
[0014] 其中，RL(TE)代表電磁波為橫電波時的斜角反射率，RUReflectionsLoss)為反 射損耗效率，也就是反射率，由于在斜入射的情況下，RL是入射角Θ的函數(shù)，因此這時的RL 就是斜角反射率；Z。代表空氣的特性阻抗，其大小為377Ω;Ζιη代表電磁波在材料表面的輸 入阻抗；f代表入射電磁波的頻率；C代表電磁波在真空中的傳播速度；Θ代表電磁波入射 角；d代表吸波材料的厚度；\代表吸波材料等效復(fù)介電常數(shù)；μ1^代表吸波材料等效復(fù)磁 導(dǎo)率。
[0015] 上述的方法，其中，當電磁波為橫磁波時，電磁波的電場分量在電磁波傳播方向和 貼片法線方向構(gòu)成的平面內(nèi)，磁場分量與該平面垂直，此時斜角反射率可以通過以下公式 計算獲得：
[0016]
[0017]
[0018] 其中，RL(ΤΜ)代表電磁波為橫磁波時的斜角反射率；Ζ。代表空氣的特性阻抗，其大 小為377Ω;Ζιη代表電磁波在材料表面的輸入阻抗；f代表入射電磁波的頻率；C代表電磁 波在真空中的傳播速度；Θ代表電磁波入射角；d代表吸波材料的厚度；ε^代表吸波材料 等效復(fù)介電常數(shù)；μ1^代表吸波材料等效復(fù)磁導(dǎo)率；等效復(fù)介電常數(shù)或等效復(fù)磁導(dǎo)率是指在 宏觀上將復(fù)合材料等效成某種單一材料，并且保證單一材料儲存電場或磁場的能力與復(fù)合 材料完全相同，這時單一材料的復(fù)介電常數(shù)或復(fù)磁導(dǎo)率的大小就是復(fù)合材料等效復(fù)介電常 數(shù)或等效復(fù)磁導(dǎo)率的值。
[0019] 上述的方法，其中，所述的吸波材料等效復(fù)介電常數(shù)、吸波材料等效復(fù)磁導(dǎo)率的計 算方法為：將電磁顆粒按不同的添加比例與粘結(jié)劑混合，制備電磁參數(shù)測試用的同軸樣件， 測試獲得電磁參數(shù)測試數(shù)據(jù)；然后將最高濃度的復(fù)合材料的測試等效電磁參數(shù)作為基底的 電磁參數(shù)，而粘結(jié)劑的電磁參數(shù)作為微粒的電磁參數(shù)，通過向高濃度復(fù)合材料中添加粘結(jié) 劑的方式來實現(xiàn)低濃度復(fù)合材料的等效電磁參數(shù)計算，所述的吸波材料等效復(fù)介電常數(shù)、 吸波材料等效復(fù)磁導(dǎo)率通過如下公式計算：
[0020]
[0021] υ=ap^+bp+c
[0022] 式中，ΦβΗ表示復(fù)合材料的等效介電常數(shù)或磁導(dǎo)率；Φi表示為微粒的電磁參數(shù)； 在這表示為最高濃度的復(fù)合材料的等效電磁參數(shù)；P表示計算低濃度復(fù)合材料等效電磁 參數(shù)時向高濃度復(fù)合材料中所需要添加的粘結(jié)劑的含量；a、b和c為擬合參數(shù)，通過對測試 的各個濃度的復(fù)合材料等效電磁參數(shù)擬合計算而獲得。
[0023] 上述的方法，其中，原型材料和縮比模擬材料都是單層結(jié)構(gòu)，而且材料的電磁特性 是各向同性。
[0024] 上述的方法，其中，縮比模擬復(fù)合材料填充的顆粒為具有各向異性的形體。
[0025] 上述的方法，其中，縮比模擬復(fù)合材料的粘結(jié)劑為硅橡膠；所述的電磁顆粒為具有 各向異性形體的片形羰基鐵粉。
[0026] 上述的方法，其中，所述的吸波材料等效復(fù)介電常數(shù)、吸波材料等效復(fù)磁導(dǎo)率通過 如下公式計算：
[0027]
[0028] υ =ap2+bp+c
[0029] 其中，Φ#表示所需濃度混合物的等效介電常數(shù)或磁導(dǎo)率；Φi為純橡膠的電磁參 數(shù)；Φη為顆粒體積分數(shù)為47. 44%的片形羰基鐵/硅橡膠混合物的測試等效電磁參數(shù)；p為 得到所需濃度混合物時需要向顆粒體積分數(shù)為47. 44%的片形羰基鐵/硅橡膠混合物添加 純硅橡膠的體積分數(shù)；a、b和c為擬合參數(shù)，通過對純硅橡膠樣件以及含有顆粒體積分數(shù)分 別為7. 71 %、17. 32 %、21. 93 %、29. 06 %和47. 44%片形羰基鐵/硅橡膠混合物按上述進行 擬合計算，得到a= 2. 3640、b= 4. 6191、和c= -4. 8