红外隐身涂料的研究进展

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1、20世纪70年代以来，随着热红外探测器的广泛应用，红外隐身技术无论在飞行器、地面邂还是战略突防等方面都引起了世界各强国的高度重视。和比国际上飞速发展的红外技术，我国还有相当的差距，必须加强这方面的研究。红外探测由于探测精度高，已经成为一种重要的探测和跟踪手段。随着红外探测技术的快速发展，红外隐身技术也取得了很大的进步。本文将概括地介绍应用于红外隐身涂层的填料、粘合剂及其红外特征的影响因素，最后还将讨论与雷达的相容性问题。2低红外发射率材料［1］一般來说，用于热隐身的材料应具有以卜•基本特性：貝有符合耍求的热红外发射率或较强的控温能力；具有合理的表面结构;具有较低的太阳能吸收率

2、；能与其它频段的隐身要求兼容。发射率是物体本身的热物性Z—，其数值变化仅与物体的种类、性质和表面状态有关。而物体的吸收率则不同，它既与物体的性质和表面状态有关，也因外界射入的辐射能的波长和强度而异，所以严格讲来，吸收率不是物体的热物性。口前，以降低发射率为主要口标的涂料的主要性能指标是：口标表面的发射率ETIRy在可见光和近红外波段的太阳能吸收率ASUN及与其它波段红外特性要求的兼容性。2.1填料的选择填料是影响涂料红外性能的基木因素之一。大部分的无机填料在热红外波段(TIR)有明显的宽吸收频谱。例如，碳酸盐在7um吸收最强，硅酸盐在大约9Pm、氧化物在9〜30um之间有吸收

3、峰。有机填料由于其复杂的C2N20结构，如黑、猷菁蓝及瞅菁绿等都在TIR频段有明显尖锐的吸收频谱，但主要在6〜llum区间。因此，涂层的红外特性受所用填料的影响，具有强烈的光谱选择性［2］。因此金屈粒了，尤其是金属片状粒了是TIR频段的首选填料。它们在TIR频段吸收很少，但在整个波段散射和反射很大。Hagon2Rubcns将金属的高反射性能归因于较高的载流子密度。显然，金属填料的高反射性有利于降低发射率和太阳吸收率，但却增加了对雷达波和可见光的反射，不利于雷达和可见光的抑制作用。因此，金属填料含量宜慎选。半导体填料是一种新型的掺杂填料。从理论上说，通过适当选择载流了密度W、载

4、流了迁移率U和载流了碰撞频率E方等参数，可以使掺朵半导体在红外波段有较低的发射率，而在微波和毫米波段具有较高的吸收率，从而形成红外2雷达一体化材料。王自荣［3］等将TTO（掺锡氧化钢）粉末经研磨后烧结，与不同粘合剂粘合制成涂料，研究其发射率。图1〜2分别是SnO2和1T0的含量对涂料发射率的影响。°%102030405060708090100Sn©含量/(%)图1SnO2含量对涂料发射率的影响由图1可以看出，SnO2掺杂含量对涂层的发射率有明显的影响，随SnO2掺杂含量的增加，其发射率先减小，后增加，当其摩尔含量为5%左右时，涂层的发射率最低。这是掺杂浓度的变化导致半导体载流

5、子浓度改变引起的。由图2町以看出，随着IT0质量百分数的増加，涂层发射率逐渐降低，当1T0质量百分数超过25%时,曲线趋向平缓，发射率不再降低。这说明不能通过无限制提高IT0百分含量來降低涂料涂层的发射率。事实上，当TTO质量百分数超过30%以后，涂料物理性能已下降很多，当超过40%以后，涂层变得极为粗糙。图2ITO涂层发射率随ITO用量的变化关系2・2粘合剂的选择红外涂层用树脂冇两个基本要求,首先必须保护填料，并在涂层的整个使用期保持它们的红外特性不变；其次树脂必须在所选光谱范围红外透明。根据美国涂料技术协会的研究结果，可以从有机化合物连接键和基团来大致判断其红外吸收能力。

6、大多数树脂在近红外区并无强烈吸收，但在热红外区由于其官能团的分子振动，如波段位于3.3（碳氢仲缩振动）,5.7（炭基仲缩振动）,7.0（碳氢变形振动）,8.0（碳氧仲缩振动）,冇强烈的吸收。实际上并不适宜作低发射率涂料粘合剂的有醇酸树脂，硅醇酸树脂，聚氨酯，硅橡胶，聚苯乙烯。文献［4］列出了有机树脂的红外吸收光谱。选用不含有这些官能团的树脂可以减少TTR频段的强烈吸收。氟碳树脂在太阳辐射波段几乎透明，在T1R频段仅冇微弱的吸收。并冃具冇优异的环境稳定性，非常适合于单纯特定波段的红外涂层。二甲基硅酮树脂具有较低的红外发射率值，已应用于低发射率涂层。无机硅酸盐低聚物可形成只含有硅

7、氧键的聚合物，除位于9um处外发射率都很低。树脂的吸收率还可通过加入填料而降低，这些填料通过控制散射率和粒子径可将树脂吸收波段的辐射光有效地散射掉，这项技术在TTR频段有很大的优越性。另外，片状粒子填料形成连续薄膜减少了其下树脂吸收的入射光的透射。2低发射率涂层的影响因素材料的发射率不但取决于材料本身的性质，而且取决于其表观的物理状态。实际上，作为涂料，其辐射特性不但与其吸收特性有关，而且也与其反射特性、颗粒度、环境温度、材料附着于其上的衬底等表观因索有关。在某些情况下，这些因素甚至会起决定性的影响。3