上海水磨工作室红外隐身涂料的研究进展
郦*涛姜卫陵赵云峰
(*材料工艺研究所,*,100076)
摘要为了提高导*的生存力和战斗力,必须提高导*的突防能力,红外突防是其中一个重要内容。红外隐身涂层技术是提高导*红外突防的一种简单有效的方法。本文介绍了红外隐身材料国内外研究进展情况,包括构成红外隐身材料的填料、树脂及其红外*能的各种影响因素,最后还将介绍与雷达隐身的兼容*问题。
上海水磨工作室关键词突防,红外辐*,隐身材料。
1引言
上海水磨工作室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、地面设备还是战略突防等方面都引起了世界各强国的高度重视。相比*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*问题。
2低红外发*率材料[1]
上海水磨工作室一般来说,用于热隐身的材料应具有以下基本特*:具有符合要求的热红外发*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;能与其它频段的隐身要求兼容。发*率是物体本身的热物*之一,其数值变化仅与物体的种类、*质和表面状态有关。而物体的吸收率则不同,它既与物体的*质和表面状态有关,也因外界*入的辐*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*。目前,以降低发*率为主要目标的涂料的主要*能指标是:目标表面的发*率Εtir,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*要求的兼容*。
上海水磨工作室2.1填料的选择
上海水磨工作室填料是影响涂料红外*能的基本因素之一。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*盐在7μm吸收最强,硅*盐在大约9μm、氧化物在9～30μm之间有吸收峰。有机填料由于其复杂的c2n2o结构,如黑、酞菁蓝及酞菁绿等都在tir频段有明显尖锐的吸收频谱,但主要在6～11μm区间。因此,涂层的红外特*受所用填料的影响,具有强烈的光谱选择*[2]。因此金属粒子,尤其是金属片状粒子是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*和反*很大。hagen2rubens将金属的高反**能归因于较高的载流子密度。显然,金属填料的高反**有利于降低发*率和太阳吸收率,但却增加了对雷达波和可见光的反*,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,通过适当选择载流子密度n、载流子迁移率μ和载流子碰撞频率Ξt等参数,可以使掺杂半导体在红外波段有较低的发*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ito(掺锡氧化铟)粉末经研磨后烧结,与不同粘合剂粘合制成涂料,研究其发*率。图1～2分别是sno2和ito的含量对涂料发*率的影响。
上海水磨工作室图1sno2含量对涂料发*率的影响
上海水磨工作室由图1可以看出,sno2掺杂含量对涂层的发*率有明显的影响,随sno2掺杂含量的增加,其发*率先减小,后增加,当其摩尔含量为5%左右时,涂层的发*率最低。这是掺杂浓度的变化导致半导体载流子浓度改变引起的。由图2可以看出,随着ito质量百分数的增加,涂层发*率逐渐降低,当ito质量百分数超过25%时,曲线趋向平缓,发*率不再降低。这说明不能通过无限制提高ito百分含量来降低涂料涂层的发*率。事实上,当ito质量百分数超过30%以后,涂料物理*能已下降很多,当超过40%以后,涂层变得极为粗糙。
上海水磨工作室图2ito涂层发*率随ito用量的变化关系
2.2粘合剂的选择
红外涂层用树脂有两个基本要求,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*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。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*伸缩振动),5.7(羰基伸缩振动),7.0(碳*变形振动),8.0(碳氧伸缩振动),有强烈的吸收。实际上并不适宜作低发*率涂料粘合剂的有醇*树脂,硅醇*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tir频段的强烈吸收。*碳树脂在太阳辐*波段几乎透明,在tir频段仅有微弱的吸收。并且具有优异的环境稳定*,非常适合于单纯特定波段的红外涂
层。二*基硅*树脂具有较低的红外发*率值,已应用于低发*率涂层。无机硅*盐低聚物可形成只含有硅氧键的聚合物,除位于9μm处外发*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*率和粒子径可将树脂吸收波段的辐*光有效地散*掉,这项技术在tir频段有很大的优越*。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*光的透*。3低发*率涂层的影响因素
材料的发*率不但取决于材料本身的*质,而且取决于其表观的物理状态。实际上,作为涂料,其辐*特*不但与其吸收特*有关,而且也与其反*特*、颗粒度、环境温度、材料附着于其上的衬底等表观因素有关。在某些情况下,这些因素甚至会起决定*的影响。
上海水磨工作室3.1涂层厚度的影响
涂层厚度对辐*带的强度和谱带的分辨率影响极大。khan发现在常温下涂料的红外辐**能主要取决于约35～40μm厚的表面层。当涂层厚度小于此值时,发*率与基体的*质和粗糙度有关;当涂层厚度大于160～170μm时,涂层厚度对其辐**能不再有影响。g.fabbri和p.barala通过对不同厚度的硫*铜涂层的红外辐*光谱的观察发现,随着涂层厚度的增加,光谱质量明显降低。
在有些情况下,受涂层厚度的影响,强的基频带会变得很弱,而那些本来较弱的泛频带反倒变得很强。p.g.griffiths曾测量了以铝为衬底的润滑油涂层的辐*光谱,发现当涂层很薄时所得到的光谱结构均匀,与吸收光谱很类似,但当涂层较厚时,其辐*特*却变得类似于黑体了。
在涂料研究中,不能简单地认为强吸收带一定能产生强的辐*,不能把物质的吸收光谱当作选择辐*涂料的唯一依据。李永明[5]的研究表明,在一定范围内,涂层的发*率随涂层厚度的增加而增加。lafemina的研究指出:对于光谱选择*辐*体,在涂层足够厚时都将成为绝对黑体。
3.2衬底的影响
上海水磨工作室通常,红外发*涂料不能单独使用,它总要被涂敷在某一衬底(或载体)上。为了准确研究各种红外辐*涂料的辐*特*,不能不考虑衬底辐*对涂料辐*特*的影响,以及这两者之间的相互联系。
通过对铜、铝、铁、白金、溴化钾和玻璃在300℃下的辐*光谱可以看出,大部分的金属都有几乎同样低的的比辐*率,而溴化钾和玻璃在低波数区有较高的比辐*率。因此,对涂料来讲,金属是非常好的载体,尤其是白金,即使在很高的温度下,也有极低的反应活*。很多资料表明,抛光的金属具有更低的发*率和更高的反*率,但是抛光的金属表面粘附*不好,在进行涂敷时,除了应进行一般的除油处理外,还应进行表面**化处理或阳极化处理,使之表面形成一层氧化层,从而增加其粘附*。同时,新形成的氧化膜对涂敷在其上面的涂料的红外辐**能又形成新的影响,这方面的内容有待于进一步研究。
3.3温度的影响
对于发*率随温度变化的关系,有关专着中曾有一些定*的论述。一般认为:发*率与温度的关系对金属和非金属是不一样的。金属的发*率较低,并随温度上升而增加,若表面形成氧化层,则发*率可以成十倍或更大倍数的增加;非金属的发*率较高,在t
邹南智等[6]依据stefan2boltzmann定律,研讨了红外半球全发*率Εh随温度t变化的函数关系,并导出了一个递推的解析关系式。认为任何物体的半球全发*率均将随温度的升高而下降。这与传统的观念也不一样,值得引起重视。
对于掺杂型材料,由于杂质离子的进入,破坏了部分正常晶格的平移对称*,将产生以杂质离子或缺陷为中心的局域振动模式,此外杂质能级处于禁带之内,容易发生跃迁,增加自由载流子的浓度。在受热条件下,这些自由载流子的带内跃迁或电子从杂质能级到导带之间的直接跃迁,最终都将产生强能量的辐*。这些因素使得掺杂型材料的红外辐*谱在很大程度上不同于单纯材料的辐*谱,一般表现为轻杂质成分的加入将会使材料的辐*波段向短波方向移动,重杂质的加入,则使材料的辐*波段向长波方向移动。当有选择地加入多种杂
上海水磨工作室质离子时,材料的辐*波段可变宽,辐*强度会增大。
上海水磨工作室3.4颗粒度的影响
上海水磨工作室多数研究者认为填料颗粒尺寸应小于热红外波长,大于近红外波长,这样,填料才会既有良好的热红外透明*,又有一定的可见光和近红外反*能力。对于具有散*力为m的填料,其具有最大散*能力的粒子径d与波长Κ的关系为:
Κ=d/k(1)
式中
一个重要依据。
3.5其它影响因素;n是树脂的散*率。这正是涂料*设计中的
表面污染,包括灰尘和水分,能使涂层光学*能严重恶化,原来0.24的发*率可上升到0.87。原材料中所含杂质和水分对涂层红外*能也有显着影响,水的存在会在2.8μm的波段产生一强吸收峰。aronson为了去除硫化镉中的单质硫,将其在高温下烧结后退火处理,结果材料的反*率大大下降,其原因尚不清楚[7]。
上海水磨工作室夏继余等[8]认为,用刷涂的方式比再振动状态下用喷涂方式涂层时铝的表面更容易平行于基体表面,其全发*率分别为0.38和0.64,并认为涂层厚度对光谱发*率在短波段影响较大,而对长波影响相对甚微。
徐文兰等[9]考虑了涂层自身辐*,以及涂层对衬底透*或对外来辐*的反*,建立了完善的热辐*传输方程,给出了涂层表观发*率与反*率的公式。4与雷达吸波材料的相容*
兼顾雷达隐身的材料现均为多层结构。deisenroth提出[10]的一种由反热红外探测的面漆加反雷达探测的底漆构成的隐身材料就是一个简单而典型的例子。国外还有一种形式类似但结构更为复杂的七层复合材料[11。研制这类多
频段兼容隐身材料的关键是使表层材料具有良好的频率选择特*。
上海水磨工作室大量试验表明,结构型和涂层型吸波材料分别与低发*率涂料复合后,涂层的厚度对谐振点吸收率及吸收频宽的影响是完全一致的。在雷达吸波材料的上面涂敷一层红外涂料,在一定的厚度范围内,可以同时兼顾两种*能,且雷达波吸收*能基本保持不变,只是随红外涂层厚度增加,谐振峰向低频平移,同时也能保*原涂层的红外辐**能不变[12]。当红外涂层与之复合后,只要红外低发*率涂层厚度达20μm,便能覆盖整个高辐*表面,而使法向总比辐*率值趋于一稳定值,而且红外隐身涂层厚度在20～100μm时,法向总比辐*率基本没有什么变化。当应用cad设计后,雷达波吸收涂层可采用3层结构。电磁损耗层为底层,中间层是阻抗匹配层1,面层是阻抗匹配层2,也是红外隐身涂层。总比发*率为0.26的涂料与发*率为0.85的雷达吸波材料复合后,其红外法向总比发*率降至0.23。
5结束语
上海水磨工作室保密使各国的真实研制情况很少具体披露,但从热红外低发*率材料的使命和目前暴露的一些问题推断,今后人们会在下述方面加紧努力:
上海水磨工作室a)加速热隐身涂料使用化的进程。首先需进一步加强控制涂层发*率的能力,为此需探索新型粘合剂(包括对热红外高透明或高反*的聚合物)和填料。此外,需以现有原材料为基础,掌握在较大范围内自由调控发*率的*技术,以满足不同场合的使用需求;
b)探索低发*率薄膜以及隔热材料、相变材
料、树脂基复合材料等用于热隐身的可能*;
上海水磨工作室c)降低材料光学*能对表面污染的敏感*;
d)研制多频段兼容*好,结构简单,轻便坚固的材料;
e)完善热隐身材料的*能测评系统。
第2篇：超硬材料薄膜涂层研究进展及应用
上海水磨工作室关键词：超硬材料薄膜；研究进展；工业化应用
1??超硬薄膜
????超硬薄膜是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜。不久以前还只有金刚石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能够达到这个标准，前者的硬度为50-100GPa(与晶体取向有关)，后者的硬度为50～80GPa。类金刚石膜(DLC)的硬度范围视制备方法和工艺不同可在10GPa～60GPa的宽广范围内变动。因此一些硬度很高的类金刚石膜(如采用真空磁过滤电弧离子镀技术制备的类金刚石膜(也叫Ta：C))也可归人超硬薄膜行列。近年来出现的碳氮膜(CNx)虽然没有像Cohen等预测的晶态β-C3N4上海水磨工作室那样超过金刚石的硬度，但已有的研究结果表明其硬度可达10GPa～50GPa，因此也归人超硬薄膜一类。上述几种超硬薄膜材料具有一个相同的特征，他们的禁带宽度都很大，都具有优秀的半导体*质，因此也叫做宽禁带半导体薄膜。SiC和GaN薄膜也是优秀的宽禁带半导体材料，但它们的硬度都低于40GPa，因此不属于超硬薄膜。
上海水磨工作室????最近出现的一类超硬薄膜材料与上述宽禁带半导体薄膜完全不同，他们是由纳米厚度的普通的硬质薄膜组成的多层膜材料。尽管每一层薄膜的硬度都没有达到超硬的标准，但由它们组成的纳米复合多层膜却显示了超硬的特*。此外，由纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高达105GPa，创纪录地达到了金刚石的硬度。
????本文将就上述几种超硬薄膜材料一一进行简略介绍，并对其工业化应用前景进行评述。
2??金刚石膜
2．1金刚石膜的*质
上海水磨工作室????金刚石膜从20世纪80年代初开始，一直受到世界各国的广泛重视，并曾于20世纪80年代中叶至90年代末形成了一个全球范围的研究热潮(Diamondfever)。这是因为金刚石除具有无与伦比的高硬度和高**模量之外，还具有极其优异的电学(学)、光学、热学、声学、电化学*能(见表1)和极佳的化学稳定*。大颗粒天然金刚石单晶(钻石)在自然界中十分稀少，价格极其昂贵。而采用高温高压方法人工合成的工业金刚石大都是粒度较小的粉末状的产品，只能用作磨料和工具(包括金刚石烧结体和聚晶金刚石(PCD)制品)。而采用化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石膜则提供了利用金刚石所有优异化学*能的可能*。经过20余年的努力，化学气相沉积金刚石膜已经在几乎所有的物理化学*质方面和最高质量的IIa型天然金刚石晶体(宝石级)相比美(见表1)。化学气相沉积金刚石膜的研究已经进人工业化应用阶段。
????表1金刚石膜的*质
????Table1Propertiesofchamondfilm
????????????注:*在所有已知物质中占第一,**在所有物质中占第二,***与茵瓦(Invar)合金相当。
上海水磨工作室2．2金刚石膜的制备方法
上海水磨工作室????化学气相沉积金刚石所依据的化学反应基于碳*化合物(如**)的裂解，如：
????热高温、等离子体
????CH4(g)一C(diamond)+2H2(g)(1)
上海水磨工作室????实际的沉积过程非常复杂，至今尚未完全明了。但金刚石膜沉积至少需要两个必要的条件：(1)含碳气源的活化；(2)在沉积气氛中存在足够数量的原子*。除**外，还可采用大量其它含碳物质作为沉积金刚石膜的前驱体，如脂肪族和芳香族碳*化合物，乙醇，*，以及固态聚合物(如聚乙烯、聚*烯、聚苯乙烯)，以及卤素等等。
????常用的沉积方法有四种：(1)热丝CVD；(2)微波等离子体CVD；(3)直流电弧等离子体喷*(DCArcPlasmaJet)；(4)燃烧火焰沉积。在这几种沉积方法中，改进的热丝CVD(EACVD)设备和工艺比较简单，稳定*较好，易于放大，比较适合于金刚石自支撑膜的工业化生产。但由于易受灯丝污染和气体活化温度较低的原因，不适合于极高质量金刚石膜(如光学级金刚石膜)的制备。微波等离子体CVD是一种无电极放电的等离子体增强化学气相沉积工艺，等离子体与沉积腔体没有接触，放电非常稳定，因此特别适合于高质量金刚石薄膜(涂层)的制备。微波等离子体CVD的缺点是沉积速率较低，设备昂贵，制备较高。采用高功率微波等离子体CVD系统(目前国外设备最高功率为75千瓦，国内为5千瓦)，也可实现金刚石膜大面积、高质量、高速沉积。但高功率设备价格极其昂贵(超过100万美元)，即使在国外愿意出此天价购买这种设备的人也不多。直流电弧等离子体喷*(DCArcP1asmaJet)是一种金刚石膜高速沉积方法。由于电弧等离子体能够达到非常高的温度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉积方法都要高的原子*浓度，使其成为一种金刚石膜高质量高速沉积工艺。特殊设计的高功率JET可以实现大面积极高质量(光学级)金刚石自支撑膜的高速沉积。我国在863计划"75”和"95”重大关键技术项目的支持下已经建立具有我国特*和*知识产权的高功率DeArePlasmaJet金刚石膜沉积系统，并于1997年底在大面积光学级金刚石膜的制备技术方面取得了突破*进展。目前已接近国外先进水平。
2．3金刚石膜研究现状和工业化应用
????20余年来，CVD金刚石膜研究已经取得了非常大的进展。金刚石膜的内在质量已经全面达到最高质量的天然IIa型金刚石单晶的水平(见表1)。在金刚石膜工具应用和热学应用(热沉)方面已经实现了，产业化，一些新型的金刚石膜高技术企业已经在国内外开始出现。光学(主要是*事光学)应用已经接近产业化应用水平。金刚石膜场发*和真空微电子器件、声表面波器件(SAW)、抗辐*电子器件(如SOD器件)、一些基于金刚石膜的探侧器和传感器和金刚石膜的电化学应用等已经接近实用化。由于大面积单晶异质外延一直没有取得实质*进展，n一型掺杂也依然不够理想，金刚石膜的高温半导体器件的研发受到严重障碍。但是，近年来采用大尺寸高温高压合成金刚石单晶衬底的金刚石同质外延技术取得了显着进展，已经达到了研制芯片级尺寸衬底的要求。金刚石高温半导体芯片即将问世。
????鉴于篇幅限制，及本文关于超硬薄膜介绍的宗旨，下面将仅对金刚石膜的工具(摩擦磨损)应用进行简要介绍。
上海水磨工作室2．4金刚石膜工具和摩擦磨损应用
上海水磨工作室????金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低摩擦系数、很高的强度和良好化学稳定*的异*能组合(见表1)使其
第3篇：红花的现代研究进展
上海水磨工作室作者：杨丽华张敏马春杨戈
【关键词】红花；化学成分；*理研究；临床应用
上海水磨工作室现代研究表明：红花集*用、食用、染料、油料和饲料于一身。红花油是世界公认的具有食用、保健、美容功用的功能*食用油。红花油在*上被作为“绿*食品”，其亚油*含量是所有已知植物中最高的，达80％，号称“亚油*之王”。并且在医*工业上，红花油常常用作血液胆固醇调整、动脉粥样硬化治疗剂及预防剂的原料。适用于各种类型动脉粥样硬化、高胆固醇、高血压、心肌梗死、心绞痛等，并可用作脂肪肝、肝硬化、肝功能障碍的辅助治疗。红花油还广泛用作抗氧化剂和维生素Ａ、维生素Ｄ的稳定剂。红花油*值低、黏底小、脂肪*凝点低、油*浅、清亮澄明，可作为*用注*油。红花花冠不但可作为*用，还可提供天然食用的黄*素、红*素，是理想的食品添加剂，还是高档化妆品、纺织品的染*剂，且对人体有抗癌、杀菌、解毒、降压及护肤的功效。饼粕中制得蛋白质浓缩粉和分离物，可作为食物的强化剂。
1化学成分
目前红花中已分离鉴定的化学成分有60多种〔2〕，其中主要有黄*类、木脂素类、多炔类等，有*效的成分主要是：黄*类：包括红花黄*素(saffloryellow，SY，有些文献亦称之为红花总黄素)，羟基红花黄*素A(hydroxysaffloryellowA，HSYA)等；脂肪*：红花中含有棕榈*、肉豆蔻*、月桂*、油*、亚油*等不饱和脂肪*；红花多糖：该成分是由葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和中乳糖以β键连接的一种多糖体。1906年日本龟高德平从我国河南产德红花干花中首先分得红*素，含0?3％～0?6％；含红花黄*素（SY）?查耳*类化合物为20％～30％〔3〕。为进一步揭示红花*理活*的化学物质基础，开发其活*成分，尹宏斌和郭美丽等对红花进行乙醚和乙*乙酯提取，并对所得到的化学成分进行了初步分离和纯化，通过波谱分析鉴定出了18个化合物。红花中富含大量的蛋白质、脂肪、膳食纤维、维生素Ｂ、维生素Ｅ及微量元素铁、锌、铜、*、硒、钙、钾、*、铬、钼等，而且还富含多糖和腺苷等物质〔4〕。
2*理研究及临床应用
2?1对心功能及血管的影响
小剂量红花煎剂对蟾蜍心脏有轻微兴奋作用，使心跳有力、振幅加大，对心肌缺血有益；大剂量对蟾蜍反而有抑制作用，而扩张体冠动脉及股动脉。此外，还能解除血管平滑肌的痉挛并增强耐缺氧能力，阻止血栓进一步发展并逐步缓解血栓，降低胆固醇的作用。能较好地改善心肌及脑组织的微循环障碍，起到治疗冠心病及脑血栓的效果〔5〕。
2?2降低血压、血脂的作用
上海水磨工作室红花煎剂对*、猫均有较持久的降低血压的作用〔6〕。口服红花油可治疗高胆固醇血症、高甘油三酯血症及高非酯化脂肪*血症。
2?3抗凝血、血栓的作用
SY可显着延长凝血酶原时间和凝血时间，能显着提高血浆纤溶酶原激活剂的活*，使局部血栓溶解，从而起到治疗心脑血管疾病的作用〔7〕。
2?4抗炎作用
上海水磨工作室Toshihiro等〔8〕认为红花中的长链6，8?双醇化合物是抗炎活*的主要有效成分。SY对*醛*大鼠足肿胀、对组*引起的大鼠皮肤毛细血管的通透量增加及对大鼠棉球肉芽肿形成均有明显的抑制作用。其抗炎的机制可能是通过降低毛细血管通透*，减少炎*渗出，抑制炎症过程及肉芽增生。红花中的多种有效成分可影响免疫，拮抗PAF受体，提高体内NO水平，清除氧自由基，还能拮抗多种炎症因子，有效好的抗炎作用。
2?5镇痛和镇静作用
上海水磨工作室SY红花黄*素对小鼠有较强而持久的镇痛效应，对锐痛（热刺痛）及钝痛（化学*刺痛）均有效。
声明:本网站尊重并保护知识产权，根据《信息网络传播权保护条例》，如果我们转载的作品侵犯了您的权利,请在一个月内通知我们，我们会及时删除。