一种基于磁介质的表面涂覆型吸波器及其制备方法与流程

1.本发明属于吸波器、吸波材料技术领域，具体涉及一种基于磁介质的表面涂覆型吸波器及其制备方法。


背景技术：

2.随着现代电子信息技术的快速发展，雷达探测手段不断进步，未来战争陆、海、空、天武器装备的战场生存能力受到极大威胁。隐身技术是提高武器装备在战场上生存能力和作战能力的有效手段，成为军事领域争相追求的热点，其中吸波材料更是受到广泛关注，各国隐身技术的比拼实际上也是吸波材料的竞争。近年来不同体系的吸波材料发展迅速，隐身性能逐步提高，在军事领域获得了大范围应用。但值得一提的是低频隐身性能的发展与提高受到了吸波材料的限制，尤其是p波段的吸波性能遇到了瓶颈问题，难以获得大幅度提升。低频p波段的吸波材料将会成为未来几年的研究热点，同时也会有非常重要的意义。
3.目前研究较多的低频吸波材料，主要包括非晶态合金、铁氧体吸波材料、金属微粉等传统吸波材料，这些材料因其具有较高的磁导率特性，在低频段具有较好的吸波性能。然而在更低的p波段，想要具有较好的性能必然需要增加吸波材料的厚度，因受到应用场景的限制，不能无限增加材料厚度和重量，因此传统吸波材料在p波段存在性能差，可调控性差的缺点。
4.专利“一种磁性宽频带电磁吸波超材料”(202010318043.x)发明了一种阵列吸波超材料，该方案使用了磁性粉体材料，并没有陶瓷化处理，低频磁导率不会太高；而且该方案中，磁性材料表面没有加工电极材料，缺少了关键的电磁耦合损耗，因此该方案只针对2-18ghz频段，没有对较难的p波段研究。专利“一种宽带超材料吸波器”(201910225972.3)发明了一种吸波超材料，该方案也是采用了阵列结构，但并没有使用磁性介质材料，而是采用介电材料加金属图案的超材料组合，并且针对的是太赫兹频段。专利“一种电损耗材料与磁性材料复合的多层超宽带吸波体”(201910769579.0)发明了一种结合电和磁损耗材料的多层吸波体，该方案设计复杂，且层数较多，导致总体厚度较厚，从性能看p波段性能较差。
5.现有技术较多针对的是2-18ghz频率范围，对于0.3-1ghz(p波段)的研究较少，虽然部分技术涉及1ghz以下频段，而且也使用了磁性损耗介质，并且厚度较厚，但材料的磁损耗明显偏低，导致低频吸波性能差，尤其是p波段吸波性能难以获得有效提升。此外，现有技术需要依靠设计复杂图案或形状来针对目标频段，结构较复杂，施工难度较高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提出一种基于磁介质的表面涂覆型吸波器及其制备方法，利用该方法制备的吸波器不仅具有优异的p波段低频吸波性能，而且有良好的耐高温特性和灵活的性能可调性，还具有施工操作简单的工艺特点。
7.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种基于磁介质的表面涂覆型吸波器的制备方法，主要分
为两步，第一步制备吸波基元，第二步构筑吸波器。该方法的步骤包括：
9.在铁氧体陶瓷片的一个表面均匀涂覆电极材料，得到吸波基元；
10.将多个吸波基元按照一定的排列方式固定在金属底板上，得到表面涂覆型吸波器。
11.优选地，所述在铁氧体陶瓷片的一个表面均匀涂覆电极材料，得到吸波基元，包括：
12.将铁氧体粉体装入特定模具中，放入压机模压成型，然后采用高温炉经过高温烧结，制备成铁氧体陶瓷片，然后在铁氧体陶瓷片的其中一个表面均匀涂覆电极材料，并进行烘干固化处理，制备得到吸波基元；
13.优选地，所述将多个吸波基元按照一定的排列方式固定在金属底板上，得到表面涂覆型吸波器，包括：
14.在金属底板(即反射层)上印制图案(例如方格图案)，将多个吸波基元按照图案以一定的排列方式以胶接的方式固定在金属底板上，得到具有优异低频吸波性能的表面涂覆型吸波器。
15.优选地，所述铁氧体粉体的晶型为尖晶石型、石榴石型、磁铅石型中的一种或者多种。
16.优选地，铁氧体陶瓷片的烧结温度为850-1200℃，铁氧体陶瓷片的烧结时间为1-10小时。
17.优选地，所述电极材料为银导电墨水、金箔、铜箔、铝箔、铁箔中的一种。
18.优选地，所述电极材料的涂覆方式为胶接、刮涂或喷涂中的一种。
19.优选地，所述电极材料的涂覆厚度为10-200μm。
20.优选地，所述吸波基元为正方形或长方形，边长为5-50mm。
21.优选地，所述吸波基元的厚度为0.5-5mm。
22.优选地，所述吸波基元的排列方式为等间距有序排列，两个吸波基元的间距为1-10mm。
23.优选地，所述金属底板为铝、铁、铜或碳材料的一种。
24.第二方面，本发明提供一种采用上述方法制备的基于磁介质的表面涂覆型吸波器。
25.本发明的上述技术方案具有如下优点：
26.本发明提供的这一方案采用先制备吸波基元，然后再阵列排列组合的方式，将吸波材料与结构设计相结合，制备得到磁性增强的表面涂覆型吸波器。本方案的吸波基元中的磁性铁氧体具有磁损耗强和耐高温的优点，表面涂覆电极材料后增加了电磁耦合损耗，有序组合构筑成阵列吸波结构后，赋予了吸波器优异的低频p波段吸波性能。相比于传统的吸波材料形式，本方案中将吸波材料制备成吸波基元，再与阵列设计相结合，不仅获得了优秀的性能，更大的亮点是阵列结构可设计性强，针对不同场景的应用需求，可将吸波基元和阵列结构灵活设计，以满足多种性能调控需求。
27.本发明提供的吸波器结构简单，制备方法简易可行，工艺成熟稳定，施工方便，生产成本低，可大规模生产。
附图说明
28.图1是本发明的基于磁介质的表面涂覆型吸波器的制备步骤流程图。
29.图2是本发明的基于磁介质的表面涂覆型吸波器的实物图。
30.图3是实施例1制得的表面涂覆型吸波器的反射率测试曲线，图中横坐标表示的是频率，单位为ghz，图中纵坐标表示的是反射率，单位为db。
具体实施方式
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。
32.本发明提供了一种基于磁介质的表面涂覆型吸波器及其制备方法。本发明提供的这一方法采用高温烧结技术和阵列结构设计相结合，制备得到磁性增强的表面涂覆型吸波器。
33.具体地，本发明提供的基于磁介质的表面涂覆型吸波器的制备方法的流程如图1所示，包括如下步骤：
34.(1)吸波基元制备步骤：将一定量的铁氧体粉体装入特定模具中，放入压机模压成型，然后放入高温炉高温烧结一定的时间，冷却后脱模，制备成铁氧体陶瓷片。然后在铁氧体陶瓷片的其中一个表面均匀涂覆电极材料，然后放入烘箱进行烘干固化处理，制备得到吸波基元。
35.(2)吸波器制备步骤：首先在金属底板上根据吸波基元尺寸和设计好的间距印制方格图案，然后将步骤(1)制备的所有吸波基元没有电极的一面粘贴双面胶或者刷涂胶黏剂，再将各吸波基元按照图案以固定间距粘贴在金属底板上，得到表面涂覆型吸波器。
36.在一些优选的实施方式中，所述铁氧体粉体的晶型为尖晶石型、石榴石型、磁铅石型中的一种或者多种。
37.在一些优选的实施方式中，铁氧体陶瓷片的烧结温度为850-1200℃，铁氧体陶瓷片的烧结时间为1-10小时。
38.在一些优选的实施方式中，所述电极材料为银导电墨水、金箔、铜箔、铝箔、铁箔中的一种。
39.在一些优选的实施方式中，电极材料的涂覆方式为胶接、刮涂或喷涂中的一种。
40.在一些优选的实施方式中，电极材料涂覆厚度为10-200μm。
41.在一些优选的实施方式中，吸波基元为正方形或长方形，边长为5-50mm。
42.在一些优选的实施方式中，吸波基元厚度为0.5-5mm。
43.在一些优选的实施方式中，吸波基元的排列方式为等间距有序排列，两片间距为1-10mm。
44.在一些优选的实施方式中，金属底板反射层为铝、铁、铜或碳材料的一种。
45.当只使用铁氧体陶瓷片，而不是阵列结构时，吸波材料的p波段吸波性能会显著下降。本发明将铁氧体陶瓷制备成吸波单元，再阵列排列，可明显提高电磁损耗，改善p波段吸波性能。
46.本发明制备的吸波器不仅具有优异的低频p波段吸波性能，而且有良好的耐高温特性，还具有厚度薄、性能灵活可调控的优点，具有施工操作简单的工艺特点。本发明制备
的吸波器如图2所示。
47.本发明通过高温烧结的方式将铁氧体陶瓷化，以此来提升低频的磁损耗特性；通过表面涂覆这种简单易行的工艺实现电磁耦合损耗，提升p波段吸波性能；通过设计吸波基元尺寸及间距，调节吸波带宽。
48.本发明的关键点包括：
49.1.本发明中先将铁氧体陶瓷化，再制备吸波基元，以最大程度提高磁损耗特性，有助于低频p波段吸波性能提升。
50.2.相比于已有的技术方案，本发明中铁氧体陶瓷具有耐高温特性，可应用于高温环境。
51.3.在铁氧体陶瓷表面涂覆电极材料，在电磁场作用下，形成电磁耦合损耗，进一步提升吸波器损耗能力。该方法简单而有效。
52.4.本发明中吸波基元能够在较小厚度下(1.5mm)，实现高效p波段吸波性能。
53.5.本发明的阵列结构设计简单，对吸波性能的可调控性强。
54.本发明的一个具体实施例中，基于磁介质的表面涂覆型吸波器的制备方法包括以下步骤：
55.(1)将10g铁氧体粉末加入模具中，然后放入压机模压成型，脱模取出铁氧体片，重复以上步骤，制备出1000个相同的样品。将压制好的铁氧体片放入高温炉，1200℃烧结4小时，等完全冷却后，取出铁氧体陶瓷片。在铁氧体陶瓷片的其中一个表面均匀刷涂导电银浆电极材料，然后放入烘箱60℃烘干固化处理1小时，制备得到边长为38mm，厚度为1.5mm的正方形带电极吸波单元。
56.(2)在边长为1000mm的铝板上印制正方形方格图案，格子边长为40mm，然后将步骤(1)制备的所有吸波单元没有电极的一面刷涂环氧树脂胶黏剂，再按照图案以固定间距粘贴在金属板上，得到表面涂覆型吸波器。本实施例制得的表面涂覆型吸波器的反射率测试曲线如图3所示。
57.以上公开的本发明的具体实施例，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书的实施例所公开的内容，本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。