水漆基吸波涂层的设计及性能研究

发布时间：2017-09-14 21:24

  本文关键词：水漆基吸波涂层的设计及性能研究

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【摘要】：随着电磁波技术的不断发展,电磁波带来的负面影响逐渐显露出来,吸波涂层因能有效吸收电磁波也得到了较快发展。结构设计可以优化电磁波在吸波涂层中的传播路径,提高普通吸波涂层的吸收性能,因此得到了广泛研究。本文在讨论了普通吸波涂层的基础上,从结构设计的角度出发,设计了非连续吸波涂层,并对其吸收性能进行了系统的分析。本文使用扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)以及矢量网络分析仪(VNA)等仪器进行测试。对羰基铁(CIP)和铁硅铝(FSA)微粉的微观形貌和电磁特性进行了表征,分析了其损耗机理。制备了以铝材(Al)为基板,水漆为基体的吸波涂层,研究了吸收剂种类、含量以及涂层厚度对涂层吸收性能的影响。同时对普通吸波涂层进行了非连续处理,对比了连续结构与非连续结构吸波涂层的吸收性能,讨论了吸收剂含量、涂层厚度以及非连续体单元大小对非连续吸波涂层吸收性能的影响。研究结果表明：羰基铁和铁硅铝微粉均为软磁材料,属于微米级磁损耗吸波剂。在GHz频率范围内,主要依靠涡流损耗和自然共振损耗电磁波。吸收剂的种类奠定了涂层吸收性能的基础。分别以两者为吸收剂制备的A1基板吸波涂层,其吸收峰位随着吸收剂含量或涂层厚度的增加而逐渐向低频区域移动。涂层的吸收性能会随着吸收剂含量的增加先增大后逐渐降低；厚度对涂层的吸收性能也有类似的变化趋势,涂层的吸收性能会随着涂层厚度的增加先增加后趋于稳定。对于连续吸波涂层,以厚度为1.5mm,质量分数为23.1%的羰基铁/水漆吸波涂层在11.2GHz处达到的-16.6dB的吸收峰值,有效吸收频宽(-10dB)达5.6GHz。非连续处理可以将吸收峰值向高频区域移动,同时有效增强高吸收剂含量涂层的吸收性能。对于厚度为1.5mm,羰基铁质量分数为33.3%的羰基铁/水漆涂层,经过5mmx5mm非连续处理后的涂层,其吸收峰值由6.5GHz处的-12.5dB提高到8.8GHz处的-31.2dB,反射损耗优于-10dB的频宽也由1.7GHz拓宽到4GHz。吸收剂含量、非连续结构单元大小明显影响非连续涂层性能的发挥。吸收剂含量越高,其所要求的非连续单元也越小,非连续处理后的性能提高也越明显。对于厚度为2.0mm,羰基铁质量分数为50%的羰基铁/水漆吸波涂层,当非连续单元细化到2mmx2mm时,非连续结构的功能才得到有效发挥出来,涂层的吸收峰值由3.6GHz处的-5.2dB提高到10.6GHz处的-17.6dB。反射损耗优于-10dB的频宽达7.7GHz。非连续处理能有效改善涂层的阻抗特性。由传输线理论计算可知,非连续处理能有效提高涂层的阻抗,使得其与空气阻抗接近。对于厚度为1.5mm、铁硅铝含量为28.6%的连续涂层,由阻抗匹配公式计算得到的归一化阻抗峰值为0.27,经过非连续处理后的非连续涂层的归一化阻抗提高到0.41。
【关键词】：涂层 微波吸收 羰基铁 铁硅铝 非连续体
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 引言11-13
• 1.1.1 电磁危害11-12
• 1.1.2 电磁防护12-13
• 1.2 吸波材料的概述13-15
• 1.2.1 吸波材料的组成13
• 1.2.2 吸波材料的分类13-14
• 1.2.3 吸波材料的研究现状14-15
• 1.3 吸波涂层结构的设计及其发展15-21
• 1.3.1 吸波涂层的设计目标15
• 1.3.2 吸波涂层的设计原则15-18
• 1.3.3 吸波涂层的研究现状18-21
• 1.4 本论文的研究目的与研究内容21-22
• 1.4.1 研究目的21
• 1.4.2 研究内容21-22
• 2 吸收剂的表征与电磁性能分析22-30
• 2.1 实验部分22-23
• 2.1.1 实验材料及设备22
• 2.1.2 试样制备22
• 2.1.3 性能检测22-23
• 2.2 实验结果与讨论23-29
• 2.2.1 吸收剂微观形貌的表征23-25
• 2.2.2 吸收剂的静磁性能25-26
• 2.2.3 吸收剂的电磁性能表征26-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 连续吸波涂层的制备与性能研究30-44
• 3.1 实验部分30-35
• 3.1.1 实验材料及设备30
• 3.1.2 试样制备30-33
• 3.1.3 性能检测33-35
• 3.2 羰基铁/水漆涂层的性能检测与分析35-39
• 3.2.1 羰基铁/水漆涂层的微观形貌35-36
• 3.2.2 羰基铁/水漆涂层中羰基铁含量对吸收性能的影响36-37
• 3.2.3 羰基铁/水漆涂层中厚度对吸收性能的影响37-39
• 3.3 铁硅铝/水漆涂层的性能检测与分析39-42
• 3.3.1 铁硅铝/水漆涂层的微观形貌39-40
• 3.3.2 铁硅铝/水漆涂层中铁硅铝含量对吸收性能的影响40-41
• 3.3.3 铁硅铝/水漆涂层中厚度对吸收性能的影响41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 非连续吸波涂层的制备和性能研究44-56
• 4.1 设计思路44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 实验材料及设备44-45
• 4.2.2 试样制备45-46
• 4.3 羰基铁/水漆非连续吸波涂层的性能检测与分析46-51
• 4.3.1 羰基铁/水漆非连续涂层与连续涂层的对比46-48
• 4.3.2 吸收剂含量对非连续涂层吸收性能的影响48-49
• 4.3.3 涂层厚度对非连续涂层吸收性能的影响49-50
• 4.3.4 非连续单元大小对非连续涂层吸收性能的影响50-51
• 4.4 铁硅铝/水漆非连续吸波涂层的性能检测与分析51-55
• 4.4.1 铁硅铝/水漆非连续涂层与连续涂层的对比51-52
• 4.4.2 吸收剂含量对非连续涂层吸收性能的影响52-53
• 4.4.3 涂层厚度对非连续涂层吸收性能的影响53-54
• 4.4.4 非连续体单元大小对非连续涂层吸收性能的影响54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 5 模拟分析及验证56-61
• 5.1 涂层复合电磁参数模拟计算56-57
• 5.2 涂层阻抗的模拟分析57-59
• 5.3 涂层的性能改进59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

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本文编号：852420