許培倫，趙文忠

耐海洋環(huán)境雷達隱身涂料的研究進展及應用

許培倫，趙文忠

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

針對傳統(tǒng)隱身涂料在艦船雷達高濕熱、高鹽霧等服役環(huán)境下耐腐蝕性能差等問題，本文以某型雷達天線為對象，驗證4種涂料的施工工藝、力學性能、耐環(huán)境性等，結合雷達散射截面積（Radar Cross Section，RCS）仿真計算開展隱身涂料適用性研究，探索商用隱身涂料的實施效果。本文綜述近年來隱身涂料的研究進展，重點論述隱身涂料的組分設計及耐腐蝕機理，同時以某艦船雷達天線的隱身需求為例，綜合分析4種隱身涂料耐環(huán)境性及吸波性能。根據(jù)結果顯示，4種隱身涂料中只有W-1.0在犧牲施工工藝性及厚度前提下才能達到吸波性能要求，但耐濕熱等尚不能滿足工程化應用需求，需進一步在輕薄化設計及耐環(huán)境適應性方面做出改進。

雷達隱身；隱身涂料；耐腐蝕機理

雷達隱身技術是一種通過縮減目標物體在雷達波段上的RCS，進而降低被探測概率的綜合技術，該技術對于提高設備生存能力具有重要意義[1-2]。到目前為止，大部分國家都是通過外形設計和使用雷達隱身涂料2種方式來實現(xiàn)雷達隱身，其中雷達隱身涂料具有施工工藝成熟、隱身性能良好及不受設備外形條件限制等優(yōu)勢[3-5]。

艦船雷達隱身涂料需要經(jīng)受高濕熱、高鹽霧的海洋環(huán)境，傳統(tǒng)雷達隱身涂料極易發(fā)生腐蝕失效，嚴重影響艦船雷達隱身效果[6]?；诖?，本文從雷達吸波隱身機理出發(fā)，總結雷達隱身涂料的組分設計及耐腐蝕機理方面的最新研究進展，并以某型艦船雷達天線的隱身需求為例，綜合分析4種隱身涂料的施工工藝、力學性能、耐環(huán)境性等因素，為隱身涂料在雷達天線的實際隱身應用提供選材參考。

1 雷達隱身機理及性能評價

目前，雷達探測技術是獲取、識別目標特征的主要手段，隱身技術對雷達生存能力尤為重要[7-8]。雷達隱身涂料可在不改變外形和性能的前提下，有效降低雷達散射截面及可探測特征信號。

由于艦船等外表均由強電磁反射的金屬制造而成，為便于研究，將目標物體的基體表面默認為是理想金屬表面，即電磁波從自由空間入射到該基體表面時電磁波全部反射（圖1a）。當涂敷隱身涂料后，電磁波在自由空間傳播遇到隱身涂層，由于自由空間的阻抗與隱身涂層的阻抗不匹配，會在隱身涂層和空氣的交界處產(chǎn)生部分反射（圖1b），同時進入隱身涂層內(nèi)部的電磁波可能發(fā)生幾種情況，一是發(fā)生電、磁損耗等；二是在多個方向上發(fā)生分散，使其強度銳減；三是電磁反射波與后進入的電磁反射波發(fā)生干擾，相互抵消。

圖1 電磁波在不同類型表面?zhèn)鬏?/p>

雷達隱身涂層要吸收電磁波必須滿足2個基本條件：減小電磁波在材料表面的反射；增強材料對電磁波的損耗能力[9]。如果隱身涂層的阻抗與空氣阻抗相匹配，此時，當電磁波從空氣入射到材料表層時，就會使其最大限度地進入到材料內(nèi)部并且不發(fā)生反射，或者材料與輻射的電場或磁場特性耦合，能夠產(chǎn)生諧振效應，從而消除、減弱或進行能量轉化，從而降低設備的RCS，以實現(xiàn)雷達隱身效果[10]。根據(jù)金屬背板理論和傳輸線方程，隱身涂料的反射系數(shù)計算式為[11]：

式中：0為自由空間的特性阻抗；in為吸波材料的輸入阻抗，可以由式（2）計算得到[12]。

式中：r、r分別為吸波材料的相對磁導率和相對介電常數(shù)，可分別由材料的磁導率（i）和介電常數(shù)（i）與自由空間的磁導率（0）和介電常數(shù)（0）計算得到[13]，即r=i/0，r=i/0。因此，理想的吸波材料應滿足0=in。通過加強隱身涂料自身的電磁損耗能力，可以最大程度地使隱身涂料內(nèi)部的電磁波被轉化損耗掉。目前損耗機制主要可以分為3種類型，即電阻損耗、介電損耗和磁損耗3種[14]。由微波理論可知，單位長度上電磁波的衰減量常用衰減系數(shù)來表示[15]：

式中：為電磁波在真空中的傳播速度；為電磁波的頻率。因此，可以通過提高衰減系數(shù)，來使電磁波在隱身涂料內(nèi)部發(fā)生衰減。隱身性能主要與介電常數(shù)及磁導率的實部'、'和虛部''、''有關，當''、''增大時，隱身涂層對電磁波的吸收能力隨之增大[16]。此外，電損耗正切角值tanδ和磁損耗正切角值tanδ也可反映材料的磁損耗大小，值越大則損耗能力越強，計算式如下：

式中：δ為電損耗的損耗因子；δ為磁損耗的損耗因子。

因此，若要想實現(xiàn)更好地電磁波吸收，可以通過改變'、'和''、''等電磁參數(shù)來實現(xiàn)，即通過改變隱身涂料的形貌、阻抗匹配和能量損耗特性來實現(xiàn)[17]。

2 雷達隱身涂料的組分研究

雷達隱身涂料主要由吸收劑和樹脂基體組成，吸收劑是雷達隱身涂料中電磁波能量轉化與損耗的關鍵組分，其性能決定著隱身涂料的吸波性能，而樹脂基體則主要影響涂料的施工工藝、力學性能及耐環(huán)境性等。因此，本文重點就隱身涂料的組分設計及耐腐蝕機理展開論述。吸收劑主要包括磁性吸收劑（金屬微粉、鐵氧體等）、碳類吸收劑（碳納米管、石墨烯[18-19]、炭黑[20-21]、碳纖維[22]等）及新型納米吸收劑[23]等。其中磁性吸收劑具有較高的磁導率，能夠在較薄的厚度下實現(xiàn)良好的吸波性能，因而本文將重點介紹磁性羰基鐵和鐵氧體吸收劑的研究進展。

2.1 羰基鐵吸收劑

羰基鐵（Carbonyl Iron Powder，CIP）的磁損耗角可達40°，且導電性適中、飽和磁化強度高，與樹脂基體復合后的隱身涂料具備吸收能力強、成分可調(diào)節(jié)、成本低廉等優(yōu)勢，但同時存在不耐高溫、不耐腐蝕、低介電損耗和窄吸收帶寬以及密度高等劣勢[24-26]。近年來對羰基鐵的研究主要集中在與介電損耗型或磁損耗型介質(zhì)復合來拓寬吸收頻寬。

2.1.1 羰基鐵與介電損耗型介質(zhì)復合隱身涂料

羰基鐵本身具有磁損耗性，將其與介電損耗型介質(zhì)復合后所制備出的隱身涂料將兼具介電損耗和磁損耗，從而使涂層的吸波性能得到提高。王順順等[27]將炭黑和羰基鐵進行機械混合，將其作為吸收劑加入環(huán)氧樹脂（圖2），從而制備出隱身涂料，研究表明，當炭黑的質(zhì)量分數(shù)為4%，羰基鐵的質(zhì)量分數(shù)為250%時，2 mm厚涂層能有效吸收9～18 GHz的電磁波，這表明炭黑和羰基鐵的復合拓寬了涂料的有效吸波帶寬。楊平安等[28]利用石蠟構筑的三維多孔結構解決了羰基鐵基吸收劑復合涂層密度大的問題（圖3），從而改善了整體材料的阻抗匹配，構筑了輕質(zhì)寬頻羰基鐵復合隱身涂層。葉喜蔥等[29]以聚乳酸（PLA）作為基體材料，將磁性材料羰基鐵（CIP）與石墨烯（RGO）使用臥式行星球磨機進行復合，用3D打印技術制備了RGO-CIP/PLA復合材料（圖4），研究結果表明，提高RGO含量有利于改善整體介電性能，因此在隱身涂層厚度為3 mm時，含質(zhì)量分數(shù)為4% RGO的復合材料吸波性能達到了?27.25 dB，同時其吸收帶寬為2.922 GHz（7.227～10.149 GHz）（圖4）。彭雪偉等[30]通過液相共混法對羰基鐵（CIP）表面進行聚乙烯醇（PVA）包覆處理，并將碳納米管（CNT）均勻分散在表面得到隱身涂層，再進行熱處理（圖5），結果表明，均勻分散的CNT能有效提高CNT/PVA/CIP復合材料的吸波性能，因此當CNT的質(zhì)量分數(shù)為0.6%時，復合材料反射損耗在?10 dB以下的頻寬約為6.3 GHz，在8.5 GHz處存在吸收峰，峰值為?50.0 dB。

圖2 羰基鐵/炭黑吸收劑-環(huán)氧基體中隱身涂料的SEM

圖3 不同孔隙率下材料的吸波性能

圖4 RGO質(zhì)量分數(shù)為4%的RGO-CIP/PLA復合材料的吸波性能

圖5 CNT/PVA/CIP復合材料SEM圖

通過文獻研究發(fā)現(xiàn)，改善密度和堆疊等問題是羰基鐵隱身涂料性能提升的關鍵，引入介電材料和多維度的結構設計以提高隱身涂層的介電性能，一是解決了密度高的問題，二是引入三維多空結構更有利于對電磁波寬頻的高效吸收。

2.1.2 羰基鐵與磁損耗型介質(zhì)復合隱身涂料

通過羰基鐵與其他磁損耗型吸收劑復合，可有效調(diào)控羰基鐵的頻散效應、復磁導率等參數(shù)，進而優(yōu)化相應隱身涂層的吸波性能。He等[31]設計了錳基磷酸鹽包覆羰基鐵復合粉體，顯著提高了隱身涂層的磁滯損耗，并將磁導率從羰基鐵的49提升到復合涂層的87。陳云鵬等[32]通過機械球磨以及化學沉積方法制備了具有優(yōu)異隱身性能和阻抗匹配性能的各向異性羰基鐵@SiO2/聚氨酯復合隱身涂料，在垂直入射條件下，其反射損耗峰在S波段達到了?43 dB，在入射角度為60°、厚度為1.5 mm時，反射損耗峰在5～15 GHz內(nèi)均達到?15 dB，實現(xiàn)了輕薄、寬帶、寬角度高效吸收。劉彥峰等[33]利用原子層沉積方法對羰基鐵進行表面包覆改性，在羰基鐵表面包覆不同厚度的氧化鋁。分析表明，通過在羰基鐵表面生長納米級別致密均勻的氧化鋁薄膜，形成了羰基鐵/氧化鋁殼層結構隱身涂層，耐腐蝕性有極大的提高，且介電常數(shù)明顯減小，磁導率變化相對較小，改善了原羰基鐵的電磁參數(shù)與吸波性能。孫明娟等[34]以包覆型羰基鐵為微結構材質(zhì)制備超材料薄膜，通過調(diào)整薄膜中吸收劑的含量，實現(xiàn)超材料薄膜電磁參數(shù)的調(diào)控，隨著包覆型吸收劑質(zhì)量分數(shù)由10%增加至80%，超材料薄膜的介電損耗降低，磁損耗增加，包覆型吸收劑經(jīng)耐鹽霧測試后，電磁參數(shù)均無明顯變化，表明吸收劑具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。Jiang等[35]通過在羰基鐵體表面包覆含氟疏水涂層，大幅改善羰基鐵的耐腐蝕性能，當羰基鐵被中性鹽霧腐蝕過后，將得到Fe2O3、FeOOH、Fe3O4等腐蝕產(chǎn)物（圖6），并且他們用表達式Fe→Fe2+→Fe3+來表示腐蝕過程；相反得益于含氟疏水涂層的疏水性能，包覆后羰基鐵的耐腐蝕性能大大改善。

綜合來看，羰基鐵具有較高的磁導率、飽和磁化強度、成本較低、易得等優(yōu)點，但也有密度大、易腐蝕等缺點?，F(xiàn)階段對羰基鐵吸收劑的研究主要聚焦于將羰基鐵與介電損耗物質(zhì)混合作為吸收劑，選擇合適的介電損耗物質(zhì)以及混合方法非常重要；將羰基鐵與其他磁損耗介質(zhì)混合作為吸收劑，選擇合適的磁損耗物質(zhì)以及混合方法非常重要；將羰基鐵進行表面包覆，選擇合適的包覆材料非常重要。通過上述3個方面的研究，可以改善羰基鐵的磁損耗不足、耐腐蝕性差及密度大等劣勢，從而提高基于羰基鐵吸收劑的隱身涂層的綜合性能。

2.2 鐵氧體吸收劑

鐵氧體具有鐵磁性，通常由金屬或合金與鐵的氧化物一同復合而成，它的性質(zhì)屬于半導體。鐵氧體吸收劑有許多優(yōu)勢，如成本較低、吸波頻帶寬并且穩(wěn)定性好等，但也有密度大、高溫性能差等缺點，并且當其周圍環(huán)境溫度從室溫上升至高溫時，其吸波性能呈現(xiàn)劇烈下降的趨勢。純鐵氧體由于介電損耗弱和磁共振損耗帶窄等問題，應用受到極大的限制，因此許多研究集中在如何改變鐵氧體的微波吸收能力上。然而隨著時間的推移和科技的發(fā)展，民用行業(yè)對微波吸收劑的需求越來越高。根據(jù)對已發(fā)表的研究進行整理和分析不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段對鐵氧體吸收劑的研究要聚焦于通過對成分、合成條件和微觀結構等多種因素的調(diào)控來研究其綜合的隱身性能；通過離子摻雜、軟硬磁交換耦合、結構設計對鐵氧體隱身涂層的磁性和介電性能進行調(diào)控，以獲得優(yōu)異的微波吸收性能。例如將鐵氧體與高導電碳材料（炭黑[36]、碳納米管[37]、石墨烯[38]等）復合構筑的隱身涂層，或者是與導電聚合物，例如聚吡咯和聚吲哚等復合獲得具有優(yōu)異阻抗匹配的隱身涂料等；探索增強鐵氧體吸收劑耐環(huán)境性能的方法，以獲得更加長效的服役時間和耐極端環(huán)境的先進鐵氧體復合隱身涂料。

為了解決鐵氧體吸波材料密度大、吸收帶寬窄等問題，研究者從改性和結構設計等方面做了許多研究。簡煜等[39]以常溫浸漬及高溫原位生長法制備了鐵氧體/蘆葦稈炭（Ferrite/RC）復合材料，該材料保留了蘆葦桿天然的三位蜂窩網(wǎng)絡結構，同時通過對碳化溫度的探索來調(diào)節(jié)其電導率和介電損耗能力，隱身涂料厚度為1.7 mm時反射損耗達到?45.7 dB。陳明東等[40]將鈷鐵氧體和碳納米管進行混合，得到不同質(zhì)量分數(shù)碳納米管的吸波材料，隨后用矢量網(wǎng)絡分析儀對其進行隱身性能測試，結果表明，碳納米管的質(zhì)量分數(shù)對該涂層的吸波性能有著顯著的影響，當涂層厚度為1 mm且碳納米管的質(zhì)量分數(shù)為20%時，達到峰值?19.2 dB。張晶[41]采用機械混合的方法制備出了W型鐵氧體和納米石墨復合后的微波吸收劑，將W型鐵氧體和納米石墨混合后，有效改善了阻抗匹配條件，并且使波吸收帶加寬。研究表明，當納米石墨的質(zhì)量分數(shù)為8%，且涂層厚度為2 mm時，該復合隱身涂層的反射損耗在14.4 GHz左右達到最大值?47 dB。

圖6 含氟羰基鐵疏水復合吸收劑在中性鹽霧環(huán)境下的腐蝕機理

2.3 隱身涂料基體研究進展

隱身涂料的耐環(huán)境性能和力學性能由基體決定，而基體是隱身涂料的成膜物質(zhì)。良好的基體具備一定結構強度、環(huán)境耐受性以及與吸收劑相匹配的介電常數(shù)，并能夠納入盡可能多的吸收劑。由此可見，基體對隱身涂料的重要性不言而喻。常見的基體包括氯磺化聚乙烯、環(huán)氧樹脂和聚氨酯等。對于聚氨酯基涂料，程宗輝等[42]以羰基鐵為吸收劑、聚氨酯為膠黏劑，制備具有優(yōu)異吸波性能的雷達隱身涂料，結果表明雷達隱身涂料在垂直入射和斜入射條件下都具有優(yōu)異的隱身性能。李金娥[43]采用雙酚F型環(huán)氧樹脂為基體，該樹脂具有室溫下黏度低，固化溫度低，電絕緣性、黏接性及固化后力學性能優(yōu)異的特點。黃卉芬等[44]研究環(huán)氧樹脂改性對隱身涂料固化后力學性能的影響，結果表明，己二胺與丙烯腈比例逐漸增加時，附著力逐漸變小，柔韌性提升，研究還發(fā)現(xiàn)當柔韌性為5～10 mm時，涂層附著力為14.4～16.8 MPa。綜合來看環(huán)氧樹脂成本低廉、力學性能優(yōu)異，但耐沖擊和耐久性較差，未來仍需增強其韌性[45]。與環(huán)氧樹脂相比，橡膠基體具有彈性高、柔性好及耐候性好的特點。目前常用的橡膠基體有天然橡膠、硅橡膠、丁腈橡膠、三元乙丙橡膠等[46]。賴亮慶[47]以天然橡膠與丁苯橡膠為基體，在其中填有碳納米管和鎳粉吸收劑，制備了雙損耗型橡膠隱身涂料，連續(xù)電磁損耗網(wǎng)絡具有傳導損耗、界面極化、多重反射等機制，可有效衰減電磁波。王珊等[48]以羰基鐵為吸收劑，氫化丁腈橡膠為基體制備了隱身涂料，可在對耐油有一定要求的環(huán)境中使用。

3 雷達隱身涂層的腐蝕機理研究

隱身涂料涂敷在艦船設備的表面形成隱身涂層，因而隱身涂層直接暴露在高濕熱、腐蝕性鹽霧環(huán)境中，長期服役的過程中必然會出現(xiàn)老化失效問題。一方面隱身涂層中的基體主要是各種高分子物質(zhì)組成，其在各種自然環(huán)境下（陽光、高濕熱、鹽霧等）不可避免地發(fā)生分子結構變化，從而導致裂紋的產(chǎn)生，裂紋會對隱身涂料性能產(chǎn)生影響，如電磁性能、耐腐蝕性能以及力學性能等；另一方面，涂層基體出現(xiàn)裂紋后，腐蝕介質(zhì)沿裂紋擴散至羰基鐵或鐵氧體等吸收劑處，進而腐蝕吸收劑，導致隱身涂層失效（圖7）。由此可見，探索涂層腐蝕失效對雷達隱身性能的作用機制直接影響海洋環(huán)境下隱身涂料的使用壽命及性能穩(wěn)定可靠[49-50]。

3.1 隱身涂層中樹脂基體的老化機理

隱身涂層所具備的耐環(huán)境性能由基體決定，而基體是隱身涂料中的成膜物質(zhì)。目前，常用的基體主要有橡膠和樹脂兩大類，使用橡膠基體的隱身涂層具有柔性好及彈性高的優(yōu)點，而使用樹脂基體的隱身涂層具有附著力強、韌性好及耐沖刷的優(yōu)勢，尤其是改性環(huán)氧樹脂基體允許的吸收劑添加量較高，是最常用的隱身涂料成膜物質(zhì)。

隱身涂層中的樹脂基體老化方式一般有2種，即物理老化和化學老化，其中化學老化是隱身涂層基體老化失效的關鍵因素，造成樹脂基體化學老化的主要機制有氧化降解、熱降解、光降解及鹽霧腐蝕等，上述老化機制并非單獨發(fā)生，而是互相促進，加速樹脂基體的老化進程，應用于艦船設備上的隱身涂層長期面臨強光照、高濕熱及高鹽霧的腐蝕環(huán)境，尤其是海水的沖刷，使得隱身涂層更容易發(fā)生老化腐蝕失效，其具體腐蝕過程描述如下：

圖7 海洋環(huán)境下隱身涂層腐蝕失效示意圖

1）聚合物基體受氧氣、光照及溫度影響發(fā)生化學老化失效，氧氣會使涂層發(fā)生氧化，這是由于氧氣中的氧分子會攻擊聚合物鏈的一些薄弱環(huán)節(jié)，如官能團等，從而使聚合物的主鏈發(fā)生斷裂，產(chǎn)生降解反應，進而使涂層發(fā)生化學老化而失效；除此之外，還有另一個主要因素也會使聚合物的基體材料發(fā)生老化失效，即紫外線。由于紫外線的波長覆蓋范圍為90～350 nm，對應的光能量為339～419 kJ，這使得紫外線可以輕易打斷聚合物中常見的化學鍵，如C?O（320～380 kJ/mol）、C?C（340～350 kJ/mol）及C?Cl（300～340 kJ/mol）等，使得聚合物主鏈斷裂，發(fā)生降解反應；溫度的影響主要是當溫度升高使得聚合物鏈運動加劇，當超過聚合物鏈的解離能時，就會引起聚合物的熱降解，并且溫度和光照之間往往互相促進，加速聚合物的降解失效。

2）樹脂基體老化后，會引起涂層鼓泡、開裂，并在涂層中形成裂紋，鹽霧和水汽共同吸附在隱身涂層表面時，便會形成氯化物水溶液，這些腐蝕介質(zhì)沿著樹脂基體老化產(chǎn)生的裂紋進入到涂層內(nèi)部，加速基體老化。

3）腐蝕介質(zhì)（氧氣及氯化物水溶液等）接觸并腐蝕吸收劑，導致吸收劑的表面形貌和電磁參數(shù)發(fā)生改變，影響隱身涂層的吸波性能，甚至是完全失效。

3.2 隱身涂層中吸收劑的腐蝕失效機制

吸收劑的腐蝕失效是隱身涂層喪失隱身能力的關鍵因素。羰基鐵是一種典型的具有磁損耗性的吸波材料，同時它也是使用較多的雷達吸收劑之一，具有吸收能力強、磁滯損耗低等優(yōu)勢，但由于金屬微粉的理化性質(zhì)，羰基鐵吸收劑容易發(fā)生腐蝕失效。因此，這里以羰基鐵為例來分析吸收劑的腐蝕失效機制，羰基鐵中的鐵和其中含有的雜質(zhì)碳等在氯化物溶液中構成原電池，發(fā)生電化學腐蝕。隱身涂層中羰基鐵的電化學腐蝕過程可以用下面的方程式來表示[51]：

原電池的形成是加速羰基鐵吸收劑腐蝕失效的關鍵因素，且吸收劑的腐蝕失效導致隱身涂層中吸收劑含量降低，涂層介電參數(shù)改變，進而影響隱身涂層的阻抗匹配特性及電磁損耗能力。

因此，為了提高隱身涂層的耐海洋環(huán)境性能，需要從多個方面來改善隱身涂料，主要包括吸收劑耐腐蝕改性、基體樹脂接枝改性、涂料涂覆工藝改性及面漆防護等。此外，開發(fā)新型耐腐蝕吸收劑及研制耐候性良好的新型樹脂基體等是解決隱身涂層耐腐蝕性能最根本的方法。

4 雷達隱身涂料在某型雷達天線上的工藝適用性研究

4.1 隱身方案選擇

以天線為主體的天饋系統(tǒng)是某型雷達的重要組成部分，一般在平臺外部部署，是雷達最可能受到威脅的目標，根據(jù)天線RCS減縮理論，該型雷達天線RCS主要由以下幾部分構成：

1）天線輻射體等金屬結構體產(chǎn)生直接反射。

2）天線罩和金屬結構體的不連續(xù)性產(chǎn)生較強散射。

3）天線各個結構體的金屬棱、凸面等結構會產(chǎn)生繞射。

為了提高雷達天線的隱身性，在結構設計外形隱身的基礎上，對雷達天線進行隱身涂裝，以便進一步提高雷達的反偵察能力。

4.2 隱身涂層選擇

根據(jù)雷達總體產(chǎn)品隱身及環(huán)境適應性試驗要求，選擇合適的雷達隱身涂料對天線分機進行涂裝，達到快速、經(jīng)濟地降低雷達RCS的目的。收集現(xiàn)行國家及行業(yè)材料性能信息，調(diào)研雷達隱身涂料的研究生產(chǎn)情況，擬選擇市場上4種較為成熟的隱身涂料產(chǎn)品W-0.4、W-1.0、D-0.3和D-0.5開展涂裝工藝驗證。根據(jù)廠家提供的參數(shù)，4種涂料本征指標如表1所示。

表1 4種商用隱身涂料的本征指標

Tab.1 Intrinsic indicators of four commercial stealth coatings

4.3 隱身涂層工藝性指標

選擇玻璃鋼件、鋼件鍍鋅件、鑄鋁等不同基體樣件作為工藝試驗件，對4種隱身涂層開展涂裝工藝研究，主要包括以下應用指標：涂料噴涂最佳黏度范圍；每遍噴涂膜厚及達到隱身涂層厚度所需要涂裝的遍數(shù)；流平時間、干燥溫度等；施工性能對比。

通過對工藝試驗件噴涂隱身涂料，確定主要工藝參數(shù)。同時，對比優(yōu)選出施工性較好的隱身涂料，并掌握隱身涂料應用技術。表2是4種隱身涂料實際施工主要工藝參數(shù)及施工情況對比：W-0.4、D-0.3雷達隱身涂料涂裝的優(yōu)點為涂層厚度小、增重小，缺點為吸波性能相對較低；W-1.0、D-0.5雷達隱身涂料涂裝的優(yōu)點為吸波性能高，缺點為涂層厚度大、增重大。通過涂裝具體過程對比得出，W-0.4、W-1.0 2種隱身涂料相較于D-0.3、D-0.5 2種隱身涂料施工性好。

表2 優(yōu)選的4種隱身涂料綜合性能對比

Tab.2 Performance comparison of four stealth coatings

4.4 隱身涂層隱身性能仿真

為了對雷達天線的RCS值進行測試驗證，在隱身涂料使用頻率范圍內(nèi)對天線RCS進行了實物測試，天線吊裝并置于泡沫支架上以調(diào)整姿態(tài)角，在微波暗室內(nèi)測試示意圖如圖8所示。

通過數(shù)據(jù)分析，雷達天線總散射截面下降到型號要求，要求隱身涂料的最大反射率達到?7.5 dB。因此，4種商用隱身涂料中只有W-1.0在犧牲施工工藝性的前提下可滿足雷達天線散射截面值縮減指標，但耐濕熱、沖擊強度等性能不能滿足工程化應用需求，需要在輕薄化、耐環(huán)境性等方面開展進一步的驗證及提升，以適應工程化應用要求。

圖8 某型雷達天線的RCS示意圖

5 結語

本文主要綜述了隱身涂料的吸波機制，重點論述了隱身涂料中各組分的研究進展，并就隱身涂層的耐腐蝕機理進行了分析，最后以某型艦船雷達天線為例，綜合分析4種隱身涂料的施工工藝、力學性能、耐環(huán)境性、吸波性能開展適用性研究。展望未來，仍需在輕薄化、耐環(huán)境性等方面開展研究，在保證涂料結構強度的前提下，采取復合材料等手段進行輕量化設計，有助于提升雷達的實際隱身性能。此外在隱身涂料的配方及性能設計方面，應加強與相關產(chǎn)品應用單位的聯(lián)合，在明確涂料具體使用需求的前提下，研制出真正可用的耐腐蝕雷達隱身涂料，進而滿足雷達性能不斷增長的實際要求。

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Research Progress and Applications of Corrosion-resistant Radar Stealth Coatings in Marine Environments

XU Peilun, ZHAO Wenzhong

(The 20th Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Xi'an 710068, China)

The work aims to verify the construction technology, mechanical properties and environmental resistance of four stealth coatings, study the applicability of the stealth coatings combined with Radar Cross Section (RCS) simulation calculation and explore the application effect of commercial stealth coatings with a radar antenna as an example to solve the problems of poor corrosion resistance, etc. of traditional stealth coatings in a service environment characterized by high humidity, intense heat, and corrosive salt spray. An overview of the recent advancements in the research of corrosion-resistant stealth coatings was made, and the corrosion resistance mechanism of the stealth coatings was analyzed. With the stealth requirements of a specific type of radar antenna as a case study, comprehensive analysis of the environmental resistance and wave absorbing of four absorbing coatings was carried out. According to the results, it is determined that W-1.0 meets the wave absorbing requirements for use among the four commercial absorbing coatings, at the cost of sacrificing thickness, while its performance in heat resistance cannot meet the requirements of engineering applications. Further improvements of stealth coatings should be made in thin and light design and environmental adaptability.

radar stealth; stealth coatings; corrosion resistance mechanisms

TB34

A

1001-3563(2024)09-0270-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.09.034

2024-02-29