● 摘要
随着电子对抗技术的不断发展，迫切需要发展吸波隐身技术。吸波材料是现代抗电磁干扰、吸波隐身技术的重要支撑材料，一直是相关领域的研究热点。针对目前S、C波段吸波材料存在厚度大、频带窄、效率低、密度大等缺点，本文提出了碳团簇/铁氧体复合结构的吸波材料研制新思路，研究元素掺杂和棉花模板等方法对锂锌铁氧体材料电磁特性以及在S、C波段内吸波性能的影响规律；基于阻抗匹配设计理论，制备研究了LiZn铁氧体材料作为匹配层、碳团簇材料作为损耗层的碳团簇/LiZn铁氧体复合吸波材料，研究了匹配层与损耗层相关物理性能对该复合结构吸波特性的影响规律，获得了S、C波段吸波特性优异的碳团簇/LiZn铁氧体复合结构吸波材料。
本文首先开展了元素掺杂锂锌铁氧体和棉花模板法制备的锂锌铁氧体材料电磁特性的研究。通过对锂锌铁氧体进行稀土Ce元素掺杂处理，研究了复介电常数和磁导率实部和虚部的变化规律，结合成分优化，实现了锂锌铁氧体铁磁共振频率的可调控，使其铁磁共振频率处于5.2GHz附近，且在2~8GHz范围内反射损耗最优、吸收频宽拓宽。进一步将棉花模板法引入锂锌铁氧体制备工艺中，获得了絮状组织的铁氧体材料，发现其反射率比柠檬酸法制备的铁氧体反射率峰值位置明显向低频段偏移，且吸收峰的峰值有较大提高，进一步研究发现棉花模板法制备的掺杂铁氧体的低频优良特性是由于其中诱发的各向异性所致。
通过二维势阱模型对平面环状碳团簇特性进行了理论研究，发现碳环面积的增加有利于提高低频电磁波的吸收。进一步利用电纺技术制备了纳米级PAN纤维，获得了预氧化温度对碳团簇吸波材料电磁特性的影响规律，同时发现在PAN热处理过程中，脱氢反应首先发生，之后随着热处理温度逐步升高产生环化反应，可见达到一定温度后，同时存在环化和脱氢反应，当预氧化温度为290℃时，碳团簇材料的电磁波损耗能力最强。此外研究还发现在碳团簇纤维表面附着纳米磁性颗粒使衰减电磁波效应有所增强，这是由于纤维的磁损耗效应增加所致。
在上述研究基础上，设计提出了多层碳团簇吸波材料和碳团簇/LiZn铁氧体的复合结构，计算研究结果表明，该复合结构将铁氧体与碳团簇材料分别作为匹配层与损耗层时，在低频段的吸波性能优于单纯的铁氧体和碳团簇材料；计算还发现对碳团簇吸波层的结构控制有利于有效地改善材料的吸波特性。
通过复合LiZn铁氧体/碳团簇结构吸波材料的制备工艺技术研究，获得了最佳硫化工艺：硫化温度为160℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为15min。提出了分层铺设与一次共硫化的工艺技术，发现吸收层和匹配层相结合的双层阻抗渐变材料更有利于对电磁波的吸收，同时调节铁氧体层厚度可以改变吸波材料的吸收峰，从而实现良好的阻抗匹配特性。制备的碳团簇/LiZn铁氧体复合吸波材料在不同阻抗配匹层时分别在4.16~7.2GHz和4.41~7.7GHz范围内反射率均小于-10dB。