吸波材料范文
时间：2023-10-22 03:08:15
吸波材料篇1
【关键词】吸波材料 电磁兼容 手机 杂散辐射
1 引言
随着电子技术的飞速发展,电子产品正迅速向节能化、智能化、信息化、多系统、多功能及娱乐性等多元化方向发展。这些拥有各种个性化娱乐功能的电子产品的普及,在很大程度上丰富了人们的物质生活需要;但与此同时,也不可避免地带来了一些问题,尤其是电磁兼容(EMC)问题。电磁兼容问题的存在,往往使电子、电气设备或系统不能正常工作,性能降低,甚至受到损坏。为解决这些问题,全球各地区基本都设置了与电磁兼容相关的市场准入认证,用以保护本地区的电磁环境,如:北美的FCC、NEBC认证,欧盟的CE认证,日本的VCCEI认证,澳洲的C-TICK认证,台湾地区的BSMI认证,中国的3C认证等。
此外,由于消费类电子产品集成的功能越来越多,以手机为例,目前市场上一部智能手机,往往同时集成有GSM移动通信、蓝牙、Wi-Fi、摄像头等,另外还具有MP3、MP4等多媒体功能,这使得手机的工作频率越来越高,系统内部各个子模块之间的互相干扰也变得很突出。因此,电子产品内各子系统之间的电磁兼容设计问题也更加突出,在一定程度上增加了电子产品设计的难度。
鉴于此,如何有效地解决电子产品的电磁兼容问题,为产品赢得市场机会,成为每一个电子产品设计工程师必须予以足够重视的问题。而由于目前消费类电子产品的便携化、小巧化、多通信系统融合及智能化等趋势,使得在进行电子产品电磁兼容设计时,一些传统的设计方法无法应用,比如:使用全封闭的金属外壳,各子系统之间保证足够的距离,产品内使用屏蔽罩等。因此,必须采用一些新型的电磁兼容设计方法和材料。其中,吸波材料作为一种新型的屏蔽材料,具有“轻、薄”特征的产品已经面世,使得在手机产品的电磁兼容设计中应用吸波材料作为屏蔽材料成为可能。
2 吸波材料
2.1 介绍
所谓吸波材料,是指能够将投射到它表面的电磁波大部分吸收并转化成其他形式的能量(主要是热能)而几乎无反射的材料[1]。
对于吸波材料的研究,起初是为适应现代战争的需要――20世纪40年代,由于雷达的面世,引发了对于吸波材料的研究。1950年代,美国开始把吸波材料用于隐形飞机技术中,海湾战争F117隐形飞机的成功使用,使世界各国加大了对吸波材料研究的力度。随着技术的发展,由于在民用领域电磁兼容问题日益严重,吸波材料的应用与研究已远远超出军事应用范围,而更广泛地用于微波暗室、电磁屏蔽、降低光学器件反射、避免通讯设备干扰、建筑防辐、消除电视重影等许多方面[2]。
2.2 基本原理
设材料的介电常数和磁导率分别为εr和μr,自由空间的介电常数和磁导率分别为ε0和μ0。入射电磁波从自由空间照射在吸波材料上时(如图1),依据Maxwell方程及边界条件可知,当电磁波垂直入射时,材料界面的复反射系数为[1]:
R=(ZM-Z0)/(ZM+Z0) (1)
其中,ZM和Z0分别为吸波材料和自由空间的阻抗。
式中:εr'、μr'分别为吸波材料在电场和磁场作用下产生的极化和磁化程度的变量;εr"为在外加电场下,材料电偶矩产生重排引起损耗的量度;μr"为在外加磁场作用下,材料磁偶矩产生重排引起损耗的量度。由此可见,对介质而言,承担着电磁波吸波功能的是介电常数和磁导率的虚部εr"和μr",它们引起能量的损耗。
吸波材料对电磁波能量的吸收,可以由下式来表示[3]:
式中:
P[W/m3]:单位体积吸波材料所吸收的电磁能量;
E[V/m]:入射电磁波的电场强度;
H[A/m]:入射电磁波的磁场强度;
σ[S/m]:材料的电导率;
ω[sec-1]:电磁波的角速度,ω=2πf,f是电磁波的频率;
ε0[F/m]:真空的介电常数,8.854×10-12F/m;
εr:材料的复介电常数;
μ0[A/m]:真空的磁导率,1.2566×10-6A/m;
μr:材料的复磁导率。
为使吸波材料实现吸收电磁波的功能,首先必须能够使电磁波不反射,必须使得电磁波在材料界面的复反射系数为R=0,亦即要求ZM=Z0,即吸波材料必须满足阻抗匹配的条件。如电磁波是由自由空间入射到吸波材料,自由空间的阻抗是Z0=377Ω,那么,此时要求吸波材料的阻抗必须为ZM=Z0=377Ω。
此外,电磁波在入射到吸波材料内后,还必须能够在一定的距离内被衰减掉。电磁波在介质内传播时,其能量的衰减与传输距离x呈指数关系:Ploss=e-αx。α是吸波材料的衰减常数,可以由下式表示[4]:
α=-(μ0ε0)1/2ω(a2+b2)1/4sin[(1/2)tan-1(-a/b)] (7)
其中,a=(εr'μr'-εr"μr"),b=(εr'μr"-εr"μr')。
由式(7)可以看出,要在较短的距离内实现很大的衰减,α必须很大,也就是说,εr'、εr"、μr'及μr"必须很大。这是吸波材料实现吸收电磁波功能所必须满足的另外一个条件,即吸波材料必须满足衰减匹配。
然而,我们发现,实际上这两个条件是相互矛盾的:要满足衰减匹配的要求,εr'、εr"、μr'及μr"必须很大,而这又会导致反射系数变大。因此,在实际设计时,往往会采用多层吸波材料或阻抗渐变的吸波材料。
综上所述,吸波材料要实现吸收电磁波的功能,必须满足阻抗匹配及衰减匹配这两个条件;且在设计时,必须采用一些方法来解决阻抗匹配与衰减匹配之间的矛盾。吸波材料对电磁波的吸收能力,取决于材料的电导率、介电损耗及磁损耗,介电损耗取决于复介电常数的虚数部分,对电场起作用;而磁损耗由复磁导率的虚数部分决定,作用于磁场。因此,可以利用微波吸波材料的介电损耗来吸收电磁波的电场部分,这种类型的吸波材料称为介电型吸波材料。在使用介电型吸波材料时,如果应用在距离射频电路很近的位置,会存在导致电路短路的风险。填充物是特殊的铁及铁氧体之类的磁性材料,被称为磁性吸波材料,这些材料对于直流来说是绝缘的,因此可以以直接接触的方式应用于内部电路。
2.3 分类
吸波材料有许多分类方法,一般来讲,主要有以下几种[2]:
(1)按损耗机理,可分为介电型吸波材料和磁性吸波材料。介电型吸波材料的主要特点是具有较高的介电常数和介电损耗角,以介质的电子极化或界面衰减来吸收电磁波。磁性吸波材料损耗机理主要为铁磁共振吸收,具有较大的磁损耗角,以涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗衰减来吸收电磁波。
(2)按成型工艺和承载能力,可分为涂覆型和结构型。涂覆型吸波材料是具有电磁波吸收功能的涂料,其工艺简单,使用方便,因容易调节而受到重视,隐形兵器几乎都是用了涂覆型吸波材料。结构型吸波材料具有承载和吸波的双重功能,其结构形式有蜂窝状、角锥状和波纹状等。
(3)按吸收原理,可分为吸收型和干涉型。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗,基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体;干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等、相位相反进行干涉相消,如1/4波长“谐振”吸收体,这类材料的缺点是吸收频带较窄。
(4)按研究时期,可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等属于传统吸波材料,它们通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。其中铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料研究较多,性能也较好。新型吸波材料包括纳米材料、手性材料、导电高聚物、多晶铁纤维及电路模拟吸波材料等,它们具有不同于传统吸波材料的吸波机理。其中纳米材料和多晶铁纤维是众多新型吸波材料中性能最好的两种。
其中,如前所述,铁氧体等磁性吸波材料,由于在直流工作时具有不导电的特性,因此可以直接贴附于发出干扰的电路上,这一特性使得磁性吸波材料很适合在手机等对产品尺寸要求较高的消费类电子产品中应用。
3 吸波材料在手机电磁兼容设计中的应用
手机在工作时,会不断往外发射电磁波,最大功率可以达到2w,这对周围环境的影响是很大的。比如,在手机通话的过程中,如果与固定电话距离较近,且固定电话也在通话,那么,我们经常会在固定电话的手柄中听到“滋滋滋”的声音,非常刺耳,这就是典型的手机对固定电话的干扰现象。因此,为避免手机在工作时对周围环境的干扰,必须对手机工作时的一些不必要的辐射(spurious emission)进行限制。国际上对此有严格的限制,其中与手机相关的国际规范(3GPP TS 51.010-1 V9.0.1(2010-02))对此的规定如表1所示[5]:
在处理手机的杂散辐射时,常用的措施有滤波、屏蔽等,而在某些特殊的情形下,吸波材料的应用也是一个很好的解决办法。下文通过一个典型案例,阐述吸波材料在解决手机杂散辐射问题时的应用。
在本案例中,手机在耦合杂散辐射性能上不能满足上述规范的要求,主要的问题为:在手机各个频段反射的二次谐波处,超出限制值。测试数据如表2所示:
从上述原始数据来看,手机在各频段的二次、三次谐波点处超出了3GPP规范的要求,并且最大超出了23.53dBm。
而手机在传导测试时,各频段的二次、三次谐波性能正常,完全满足规范的要求,如表3所示:
因此,需要进一步查找其他的原因。经排查发现,手机中内置的GPS天线与该项测试有着明显的相关性:当去除GPS天线时,测试结果一切正常,能够完全满足规范要求;而在安装上GPS天线后,测试结果大大恶化。然而,在进行此项测试时,GPS部分功能是完全处于关断状态的,所以,手机在耦合状态下所测试到的二次、三次谐波处的杂散辐射,应不是由GPS天线本身辐射出来的。经仔细观察,发现GPS天线与手机天线位置相对,处于手机主板的两端,GPS天线背面有一个大的金属地平面,且与手机天线相距62mm。因此,怀疑是这块金属地平面形成了一个反射面,将手机天线发射出的电磁波反射回去,从而形成了能量的叠加,恶化了二次、三次谐波处的杂散辐射性能(如图3所示)。作为一种解决对策,在GPS天线背面的金属平面处粘贴一铁氧体吸波材料,重新进行此项测试,结果得到了很大的改善,如表4所示。
由表4可以看出,在GPS天线背面的金属平面上粘贴吸波材料后,确实起到了吸收电磁波、减少反射的作用,从而改善了耦合二次、三次谐波辐射性能。
4 总结
近年来,随着民用产品电磁兼容设计需求的不断增多,吸波材料的应用场合已经远远超出最初的军事领域,不断向民用方向发展。同时,适合于民用产品如手机的电磁兼容设计等应用的产品也不断被开发出来。从上述实例可以看出,吸波材料在解决手机产品的电磁兼容设计问题时是很有效的。随着电子产品的小型化、多功能化、数字化发展以及工作频率的不断提升,吸波材料,尤其是具有不导电性能的铁氧体吸波材料,在这些产品的电磁兼容设计方面,将可发挥越来越大的作用。
参考文献
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[4]Xingcun Colin Tong. Advanced Materials and Design for Electromagnetic Interference Shielding[C]. CRC Press Taylor & Francis Group, 2009:237-255.
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【作者简介】
吸波材料篇2
【关键词】雷达隐身材料；隐身涂料；吸波材料；发展和前景
0 引言
随着军事高技术的迅猛发展，世界各国防御体系的探测、跟踪、攻击能力越来越强，在立体化、多维化的现代战场上，如果不能有效地隐蔽自己，就可能出现先遭难的结局。
在目前军事探测系统中，雷达是最主要的探测手段[1-2]，其发展迅速，分辩率越来越高，已成为间谍卫星的重要探测仪器。因此，在国防体系中雷达目标特征信号控制是各国隐身技术研究的重点实现且标隐身技术，方法主要是外形隐身技术和材料隐身技术。外形隐身技术容易使目标的结构性能劣化，而采用隐身材料技术相对简单易行。隐身材料按其应用形式可分为结构型隐身材料和涂覆型隐身材料。由于涂料具有使用方便，对武器装备的外形不需任何改动，对设计不提要求，可制成隐身网或隐身罩等优点。因而雷达隐身涂料在现代隐身技术中具有广阔的发展前景。
1 雷达隐身涂料研究现状
雷达隐身涂料实质上是一种功能性高分子复合涂料，能够吸收、衰减入射的电磁波，具有将电磁能转换成热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的功能，在装备表面涂覆雷达吸波涂料能够有效降低目标的雷达散射截面（RCS）。目前雷达吸波涂料技术正向薄涂层、宽频带和高效能方向发展，呈现出多类吸波涂料共同发展的良好局面。
1.1 铁氧体吸波涂料
铁氧体系列吸波涂料主要应用的吸收剂是六角晶系铁氧体和尖晶石型铁氧体[3]。其吸波机理是自然共振，即在不外加恒磁场的情况下，由入射交变磁场的角频率和晶体磁性的各向异性等效场决定的本征频率相等产生进动共振，从而大量吸收电磁波能量。目前已研制并广泛应用的有Ni-Zn、Li-Zn、Ni-Cd、Mg-Cu-Zn铁氧体等[4]。
日本在研制铁氧体吸波涂料方面处于世界领先地位，所研制的一种双层结构吸波涂料，在1-2GHz，雷达波反射率衰减可达20dB。同时，国内铁氧体吸波涂料在8-18GHz频率范围内，全频段雷达波反射率衰减为10dB，面密度约5kg/m2，厚度约2mm[5]。
1.2 纳米吸波涂料
纳米材料粒子由于粒径极小，比表面积大，处于表面的原子比例增大，增强了活性，在电磁场作用下，原子、电子运动加剧，促使磁化，使得电磁能转化为其它形式的能，增加对电磁波的吸收。同时纳米粒子具有较高的矫顽力，可引起大的磁滞损耗。将纳米材料作为吸收剂制成涂料，易于实现高吸收、涂层薄、重量轻、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求，是一种非常有发展前景的高性能、多功能吸波涂料。
美国研制了一种“超墨粉”吸波涂料，对雷达波的吸收率可达99%。法国研制成功一种宽频谱微波吸收涂层，该涂层由粘结剂和纳米级微粉填充材料构成，具有良好的磁导率，在50MHz-50GHz频率范围内吸收性能较好。有人采用化学法成功制备了FeB超细非晶合金颗粒，这种纳米颗粒具有较大的磁损耗，是一种有应用潜力的吸波材料[6]。
1.3 导电高分子吸波涂料
导电高分子吸波涂料主要是利用某些具有共轭主链的高分子聚合物，通过化学或电化学方法与掺杂剂进行电荷转移作用来设计其导电结构，实现阻抗匹配和电磁损耗，从而吸收雷达波[7]。为了扩展宽吸收频带，通常要加入对导磁率没有影响的磁损耗型添加剂，但对提高吸收率和展宽频带有明显效果。
目前，国外新研究方向有以碘经电化学或离子注入法掺杂的聚苯乙炔、聚乙炔以及聚苯胺、聚苯硫、聚噻吩等导电高聚物吸波涂料[8]。
1.4 金属微粉吸波材料
金属微粉吸波材料主要以磁性金属微粉为主，包括羰基铁粉、羰基镍粉、钴镍合金粉等。金属微粉吸收剂对雷达波具有强损耗吸收，其损耗机制主要归于铁磁共振吸收和涡流损耗。金属微粉吸波材料具有微波磁导率较高、温度稳定性好（居里温度高达770K）、电磁参数可调等特点，它通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收损耗电磁波。目前，金属微粉吸波材料已广泛应用于隐身技术，但金属微粉抗氧化、耐酸碱能力差；介电常数较大，低频段吸收性能较差。
1.5 放射性同位素吸波涂料
在涂料中加入放射性同位素，如Po210等，利用其放出的高能射线使目标附近的局部空间产生等离子屏，形成含有大量自由电子并与自由空间相匹配的等离子体区。可以吸收相当宽频带的电磁波并且该涂料具有吸收频带宽、反射衰减大、使用周期可控制、施工简便、能承受高空高速飞行时的气动影响、使用寿命长等优点。但该涂料使用放射性同位素材料，其应用仍受到一定的限制。
1.6 稀土吸波涂料
稀土元素吸波涂料是新开发研制的一类吸波涂料，其以稀土磁性材料为吸收剂。另外，稀土元素常作为添加剂加在其它吸波涂料中，用以调节吸波材料的电磁参数。
另外，各国还研制出视黄基席夫碱盐吸波涂料、耐高温陶瓷吸波涂料、手征性吸波涂料等新型隐身吸波涂料，为今后新型吸波材料的开发提供了新思路。
2 雷达隐身涂料的应用
目前，由于雷达隐身涂料使用方便灵活、可调节、吸收性能好等优点而受到世界上许多国家的重视，部分隐身工事以及几乎所有的隐身武器系统上都使用了雷达隐身涂料。
雷达隐身涂科的发展使得隐身武器系统得到了长足的发展，并在近十年的局部战争中充分发挥了武器设备的有效的突防能力和攻击作用，其最重要的应用是生产各类隐身的侦察机、战斗机、巡航导弹等。如美国的F-22隐身战斗机、AGM-129战略巡航导弹，俄罗斯的T-50隐身战斗机，中国研制的J-20隐身飞机等。另外，各国还成功地将涂覆型吸波材料应用于舰船，如美国的“阿利・忻克”级宙斯盾驱逐舰、英国的“海幽灵”战舰等。另外，隐身涂料还应用于坦克，如T-80主战坦克、MII3装甲输送车等以及隐身汽车、隐身导弹发射车等。各国还计划将雷达隐身涂料应用于隐身机库、隐身帐篷以及士兵隐身作战服上。
3 结束语
随着电子技术的飞速发展，未来战场上的各种武器系统面临着严重的威胁，隐身技术作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段，受到世界各军事强国的高度重视。多频段、宽频带、多功能、轻质、薄厚度是当前隐身吸波材料的研究目标。其中纳米隐身涂料以及智能型隐身涂料是今后雷达隐身材料的主要发展趋势。因此，具有前瞻性和创新性的新一代隐身吸波材料，是我国国防现代化的急需的关键材料，其经济和社会意义是显而易见的。我们必须密切注视国外该领域研究动态，为我们军事目标、武器装备等进行隐身提出重要课题，同时积极开展我国隐身材料的研究，对于提高我国的国防实力具有十分重要的意义。
【参考文献】
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吸波材料篇3
在很多情况下，室内装修有一定的声学要求。不仅是各类剧院、体育场馆和歌舞厅以及与声学有关的录音室、演播室等专业用房本身有一定的声学技术指标，而且凡是公共场所，一般都需要传播语言或音乐，即使是家庭用房现在也需要有良好的音乐欣赏环境。所以室内装修工程必须重视声学要求。如果忽视这一点，极有可能造成不良后果。例如有一水上健身娱乐场所，地面基本上都是水面，上空是一大玻璃圆穹项，由于没有声学设计，致使厅内混响时间特别长，当有文娱表演时连报幕的话也听不清。再如有的走廓或门厅，做得富丽堂皇、金碧辉煌，但即使是普通的谈话声或背景音乐，也在空间内久传不衰，形成令人烦恼的干扰噪声。
造成音质差的主要原因是没有科学的声学设计。不少装饰工程公司本身没有合格的声学设计人员；有的一开始邀请声学专家做设计，以后自以为有了“经验”，便大胆地把设计也承包了；有的是东抄西袭，以为找到了人家的奥秘，你做软包，我也搞软包，你用穿孔板，我也做穿孔板，实际上没有掌握真正的声学要求；也不排除有的工程技术人员懂得一些声学知识，但并不精于室内声学的原理和实践，做出了并不合格的声学装修设计。
室内声学设计是一门系统学科，涉及面较广，本文只就与室内装饰有关的吸声和隔声的材料和结构方面的知识作简单介绍，希望装饰工程人员和业主对声学材料和结构有所了解，能够理解声学设计为什么作这样那样的处理，从而使装饰工程在美观和声学要求上达到完美的统一。
1.吸声与隔声的基本概念
首先要明确吸声与隔声是完全不同的两个声学概念。吸声是指声波传播到某一边界面时，一部分声能被边界面反射(或散射)，一部分声能被边界面吸收(这里不考虑在媒质中传播时被媒质的吸收)，这包括声波在边界材料内转化为热能被消耗掉或是转化为振动能沿边界构造传递转移，或是直接透射到边界另一面空间。对于入射声波来说，除了反射到原来空间的反射(散射)声能外，其余能量都被看作被边界面吸收。在一定面积上被吸收的声能与入射声能之比称为该边界面的吸声系数。例如室内声波从开着的窗户传到室外，则开窗面积可近似地认为百分之百地“吸收”了室内传来的声波，吸声系数为1。当然，我们所要考虑的吸声材料，主要不是靠开口面积的吸声，而要靠材料本身的声学特性来吸收声波。
对于两个空间中间的界面隔层来说，当声波从一室入射到界面上时，声波激发隔层的振动，以振动向另一面空间辐射声波，此为透射声波。通过一定面积的透射声波能量与入射声波能量之比称透射系数。对于开启的窗户，透射系数可近似为1(吸声系数也为1)，其隔声效果为0，即隔声量为0db。对于又重又厚的砖墙或厚钢板，单位面积质量大，声波入射时只能激发起此隔层的微小振动，使对另一空间辐射的声波能量(透射声能)很小，所以隔声量大，隔声效果好。但对于原来空间而言，绝大部分能量被反射，所以吸声系数很小。
对于单一材料(不是专门设计的复合材料)来说，吸声能力与隔声效果往往是不能兼顾的。如上述砖墙或钢板可以作为好的隔声材料，但吸声效果极差；反过来，如果拿吸声性能好的材料(如玻璃棉)做隔声材料，即使声波透过该材料时声能被吸收99％(这是很难达到的)，只有1％的声能传播到另一空间，则此材料的隔声量也只有20db，并非好的隔声材料。有人把吸声材料误称为“隔音材料”是不对的。如果有人介绍某种单一材料吸声好隔声也好，那他不是不懂就是在骗人了。
2.吸声材料
吸声材料是指吸声系数比较大的建筑装修材料。如果材料内部有很多互相连通的细微空隙，由空隙形成的空气通道，可模拟为由固体框架间形成许多细管或毛细管组成的管道构造。当声波传入时，因细管中靠近管壁与管中间的声波振动速度不同，由媒质间速度差引起的内摩擦，使声波振动能量转化为热能而被吸收。好的吸声材料多为纤维性材料，称多孔性吸声材料，如玻璃棉、岩棉、矿碴棉、棉麻和人造纤维棉、特制的金属纤维棉等等，也包括空隙连通的泡沫塑料之类。吸声性能与材料的纤维空隙结构有关，如纤维的粗细(微米至几十微米间为好)和材料密度(决定纤维之间“毛细管”的等效直径)、材料内空气容积与材料体积之比(称空隙率，玻璃棉的空隙率在90％以上)、材料内空隙的形状结构等。从使用的角度，可以不管吸声的机理，只要查阅材料吸声系数的实验结果即可。当然在选用时还要注意材料的防潮、防火以及可装饰性等其他要求。
多孔性吸声材料有一个基本吸声特性，即低频吸声差，高频吸声好。定性的吸声频率特性见图1。频率高到一定值附近，见图1中f0，吸声系数α达到最大值，频率继续增大时，吸声系数在高端有些波动。这个f0的位置，大体上是f0对应的波长为材料厚度t的4倍
当材料厚度增加时，可以改善低频的吸声特性。图1中t2大于t1，相同频率时t2的吸声系数大于t1的吸声系数。如果t2=2t1，则相同吸声系数对应的频率大约为f2=f1，即厚度增加一倍，低频吸声系数的频率特性向低频移一个倍频程。但并非可以一直增加厚度来提高低频吸声系数的，因为声波在材料的空隙中传播时有阻尼，使增加厚度来改善低频吸声受到限制。不同材料有不同的有效厚度。像玻璃棉一类好的吸声材料，一般用5cm左右的厚度，很少用到10cm以上。而像纤维板一类较微密的材料，其材料纤维间空隙非常小，声波传播的阻尼非常大，不仅吸声系数小，而且有效厚度也非常小。
一般平板状吸声材料的低频吸声性能差是普遍规律。一种改进的方法是将整块的吸声材料切割成尖劈形状，见图2，当声波传播到尖劈状材料时，从尖部到基部，空气与材料的比例逐渐变化，也即声阻抗逐渐变化，声波传播就超出平板状材料有效厚度的限制，达到材料的基部，从而可改善低频吸声性能。吸声频率特性仍与图1相似，最大吸声系数的频率f0对应的波长大约为尖劈吸声结构长度t的4倍。例如要使100hz以上频率都有很高的吸声系数，吸声尖劈的长度约为87cm左右。当然这样的吸声结构一般不宜用于室内装修，主要用于声学实验室或特殊的噪声控制工程。
3.共振吸声结构
利用不同的共振吸声机理，设计各种类型的共振吸声结构，使吸收峰值选择在所需频率位置，满足不同频率吸声量的要求，特别是解决低频吸声量不足的问题。
3.1薄层多孔性吸声材料的共振吸声
薄层多孔性吸声材料也包括各种透气的织物，如棉、麻、丝、绒、人造纤维等织物。如图3a，将材料挂在刚性面前距离d处，则当d=1/4(2n＋1)λ(1)时，λ是空气中声波波长，n为正整数，织物处于刚性面前驻波的声压波节位置，那里声波的质点振动速度最大，使在织物中消耗最大的声能，形成共振吸声。在(1)式中n分别等于0、1、2……时，对应的共振吸声频率fn为：fn=(2n+1)/4.co/d(2)式中co为空气中声波传播速度，一般以340m／s计算。例如，当织物与刚性壁距离为34cm时，n=0对应的最低共振频率f0=250hz，n=1对应的f1=750hz，n=2对应f2=1250hz……。其共振吸声的频率特性见图3b。吸声峰值与织物性能有关，一般都比较大，但共振吸声峰的宽度不大，在实际使用中往往将帘子增大折皱悬挂，即连续改变织物与刚性面的距离，并在不同距离处悬挂不止一层织物，以改善吸声频率特性。此外，将厚度为d的玻璃棉一类材料离刚性面d处安装，见图4，则(1)式中的d变成为d(d＋t)连续变化，即有许多共振吸声频率，而最低共振频率为f0=c0／4（d＋t）。
3.2薄膜共振吸声结构
如果刚性面前d处有一层不透气的膜，见图5，膜的单位面积质量为m，则膜与厚度为d的空气层构成质量——弹簧的共振系统，其共振频率为：
fr=co/2π√ρo/md（3）
式中ρo为空气密度。例如在“软包”外表面蒙上不透气的膜，则包在里面的多孔性吸声材料就不能发挥原有的吸声功能，而首先是膜的共振吸声并通过膜振动传入材料内的吸声作用，而此膜振动又受到材料的阻尼抑制，吸声效能受到限制。如果蒙皮用人造革一类质量较大的材料，如有的剧院中的座椅，那种吸声性能就更差了。3.3薄板共振吸声结构
薄板是两维的振动系统，其共振频率除了与板的物理常数和几何尺寸有关外，还和它的边缘固定状况有关。如果一块边长为la、lb的矩形板，厚度为h，四边都被牢固地钳定，它的共振频率fm，n为：
fm,n=π/2[eh2/12ρ(1-σ2)]1/2.[m2/1n2+n2/1b2]1/2(4)
式中e、ρ、σ分别为板的杨氏模量、密度和泊松比，m、n为正整数。当n=0、m=1时，得到最低的共振频率(设la>lb)。如果板为玻璃，将玻璃的物理常数代入：
fm,n=2.5×10h3(m2/1n2+n2/1b2)1/2(5)
式中长度单位为米。例如长50cm、宽40cm、厚4mm的玻璃窗，四边固定，则(m，n)为(1，0)的最低共振频率为20hz，(m，n)为(0，1)的共振频率为25hz，(m，n)为(1，1)的共振频率为32hz。随着(m，n)渐次增大，共振频率越来越大(间隔也越来越密)，在这些频率上有较大的声吸收和声透射。
在室内装修中经常用到板材，它们都有一定的共振吸声效应，其共振频率大体上如(4)式所示，与板的几何尺寸和物理常数有关，同时与边缘固定状况有关，例如钉子钉多少，钉紧的程度，是否用胶固定等等。因此这类共振吸声往往不被主动采用在设计方案内，只有有经验的设计师才谨慎地使用。但有一点非常重要，即当用薄板作表面装饰处理时，为避免共振频率过多的一致，在设计和施工中注意将固定薄板的木筋之间给予不同的间距尺寸，使共振频率得以分散。对于不希望有薄板共振吸声作用的声学空间，表面处理就采用贴实的厚板。
3.4穿孔板共振吸声结构
经常利用穿孔板共振吸声结构来补足低频所需的吸声量。穿孔板吸声结构如图6a所示，板厚t，离刚性面距离d，如板上钻圆孔(也可开狭缝)，孔的半径为a，穿孔面积占板面积的比率(穿孔率)为p，则此穿孔共振结构的共振频率fr为
fr=co/2π√p/(t+16a)d(6)
式中表示共振频率有好几个参数可以调节，如板厚t，孔的半径a，穿孔率p以及板与刚性面的距离d。现在市场上有做好的不同穿孔率的穿孔板，可以选择不同的穿孔率和改变板与刚性面间距离d，来得到所需的共振频率。
需要注意的是穿孔板共振吸声峰的形状，它与共振结构系统的阻尼有关。见图6b，阻尼小时，共振峰较尖锐,阻尼大时共振峰较为平缓。一般宁可选择较为平缓的吸声特性，以避免过强的吸声频率选择性。板厚、孔径小，阻尼较大。微穿孔板的穿孔直径为08～1mm左右，所以阻尼大，吸收峰较为平缓，但因易积灰和不耐腐蚀，所以不少地方不宜采用。
一般穿孔板厚度不大于5mm，穿孔直径在6～10mm左右，这种情况下阻尼嫌小。要增加共振结构的阻尼，需要在穿孔附近增加吸声材料。参看图6c，当声波传播经过穿孔时，“声线”像流线那样在孔中和孔附近比较密集，那里的“流速”大，即声波的质点振动速度大，吸声材料产生最大的阻尼作用。我们很难将吸声材料填塞到一个个孔中，所以往往在板的前面或后面贴一层吸声材料(厚度为一个孔直径时效率最高)来增加共振吸声系统的阻尼，使吸收峰比较平缓。吸声材料在穿孔板后面时，只起到共振吸声的阻尼作用；若放在穿孔板前面，则同时兼有多孔性吸声材料的吸声功能。穿孔率p大于02时，一般不是共振吸声结构，仅仅作为多孔性吸声材料的“护面板”。
4.隔声材料
不透气的固体材料，对于空气中传播的声波都有隔声效果，隔声效果的好坏最根本的一点是取决于材料单位面积的质量。
参看图7，一个面积非常大的隔层，其单位面积质量为ms，当声波从左面垂直入射时，激发隔层作整体振动，此振动再向右面空间辐射声波。以单位面积考虑，透射到右面空间的声能与入射到隔层上的声能之比称透射系数τ。定义无限大隔层材料的传递损失(也称透射损失)tl：
tl=101g1/г(7)
上述简单情况下可计算得到传递损失近似为：
tl=20lgωms/2ρoco(db)(8)
式中ω=2πf为圆频率，ρ0、c0为空气的密度和声波传播速度。tl的大小表示材料的隔声能力。(8)式的一个重要特点，即材料单位面积质量增加一倍，则传递损失增加6db。这一隔声的基本规律称“质量定律”，也就是说隔声靠重量。所以像砖墙、水泥墙或厚钢板、铅板等单位面积质量大的材料，隔声效果都比较好。
(8)式也表明，单层隔声的高频隔声好，低频差。频率每提高一倍，传递损失就增加6db。
需要说明的是：传递损失tl是隔层面积为无限大时的理论“隔声量”，作为一垛墙或楼板，它都有边缘与其它建筑构件连接，这时的“隔声量”与(7)式所表示的传递损失有差别。既有因边缘接近于固定而增大隔声能力，也有作为边缘固定的板振动有一定的共振频率，使某些共振频率点上隔声效果降低的现象。而当作为两相邻房间之间的隔墙或楼板，因为两室之间有多条传声(或振动)通道，这两个房间之间的隔声量(只能称声级差)更不能以该隔层的传递损失来代表。
隔层材料在物理上有一定弹性，当声波入射时便激发振动在隔层内传播。当声波不是垂直入射，而是与隔层呈一角度θ入射时，声波波前依次到达隔层表面，而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播，若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时，声波便加强弯曲波的振动，这一现象称吻合效应。这时弯曲波振动的辐度特别大，并向另一面空气中辐射声波的能量也特别大，从而降低隔声效果。产生吻合效应的频率fc为：
fc=co2/2πsin2θ[12ρ(1-σ2)/eh2]1/2(9)
式中ρ、σ、e分别为隔层材料的密度、泊松比和杨氏模量，h是隔层厚度。任意吻合频率fc与声波入射角θ有关。在大多数房间中的声场都接近于混响声场，到达隔层的入射角从0°到90°都有可能，因此吻合频率出现在从掠入射(θ=90°)的fc0开始的一个频率范围，也就是说吻合效应使某一频率范围的隔声效果变差。一般这一频率范围发生在中高频。从质量定律知道，中高频隔声量较大，除了内阻尼很小的金属板外，因吻合效应使中高频隔声量降低的现象，不会引起很大的麻烦。
5.双层隔声结构
根据质量定律，频率降低一半，传递损失要降6db；而要提高隔声效果时，质量增加一倍，传递损失增加6db。在这一定律支配下，若要显著地提高隔声能力，单靠增加隔层的质量，例如增加墙的厚度，显然不能行之有效，有时甚至是不可能的，如航空器上的隔声结构。这时解决的途径主要是采用双层以至多层隔声结构。
双层隔声结构模型见图8，单位面积质量分别为m1、m2，中间空气层厚度为l。双层结构的传递损失可以进行理论计算，结果比较复杂，在不同频率范围可以得到不同的简化表示，这里只作定性介绍。
两个隔层与中间空气层组成一个共振系统，共振频率为fr(m的单位为kg／m2，l的单位为m)：
fr=60/√m1m2l/(m1+m2)(10)
在此共振频率附近，隔声效果大为降低。不过对于重墙来说，此频率已低于可闻频率范围。例如m1为半砖墙250kg／m2，m2为一砖墙500kg／m2，空气层厚度05m，这时共振频率在7hz左右。
对于轻结构双层隔声，共振频率可能落在可闻频率范围内，例如两层铝板分别为52kg／m2和26kg／m2，中间空气层5cm，可计算出共振频率约为200hz。这时应在两板间填塞阻尼材料，以抑制板的振动。一般若用薄钢板做双层隔声结构时，钢板上都涂好阻尼层来抑制钢板的振动。
在共振频率fr以下，双层隔声的效果如同没有空气层的一层(m1＋m2)的隔声效果；在fr以上一段频率范围，双层隔声效果接近于两个单层隔声的传递损失之和；在更高的频率，当空气层厚度l为四分之一波长的奇数倍时，双层隔声效果相当于两个单层的传递损失之和再加6db，l为波长的偶数倍时，双层隔声效果相当于两个单层合在一起的传递损失再增加6db，在其它频率，传声损失在这两个值之间。所以在总体上，当频率大于fr时，双层隔声结构显著地提高了隔声效能。
一般双层隔声结构的两层，不用相同厚度的同一种材料，以避免这两层出现相同的吻合频率。
吸波材料篇4
“薄、轻、宽、强”是雷达吸收剂的发展方向,其中吸收剂轻质化是研究的热点[1].相对于磁损耗吸收剂,电损耗型吸收剂具有耐高温,密度低的特点,成为轻质雷达吸收剂的首选对象.碳纤维是典型的电损耗型材料,更有利于获得轻质的雷达吸波材料,对此已经开展了广泛的研究.谢炜等[2]系统研究了预氧化和碳化工艺条件对中空PAN碳纤维电阻率和介电常数的影响,研究表明中空PAN碳纤维可以作为一种轻质的雷达波吸收剂.碳纤维类吸收剂[3-5]电阻率较低,是雷达波的强反射体,只有经过特殊处理调节电阻率后才具有吸波功能.孙良奎等[6]研究了采用同轴静电纺丝法在PAN表面制备SiO2涂层,提高纤维表面的电阻率,改变纤维的介电常数,从而改善纤维的吸波性能.人们还在真空环境和惰性气氛对PAN纤维进行处理,如沙婷等[7]对PAN预氧化纤维布进行真空碳化处理,研究了真空碳化处理温度和保温时间对聚丙烯腈基预氧化碳纤维结构、电导率和介电性能的影响.宋云鹏等[8]在预氧化时先在惰性气氛中对PAN原丝进行热处理,使环化的刚性分子形成更加规则的梯形网状结构.对PAN纤维的掺B处理主要通过硼酸浸渍实现.本工作PAN预氧丝在BCl3气氛中碳化,对碳化后纤维的组成和结构进行了表征,并研究了该纤维的吸波性能。
1实验
1.1实验过程先将PAN预氧丝(吉研高科技纤维有限责任公司购置,丝束为12k)置于石英舟内,再将石英舟置于高温管式炉中,然后多次反复抽真空并充入干燥N2,在N2气氛下通入一定量的BCl3气体,通入BCl3气体的开始温度为400℃,并保温不同的时间,然后纤维在BCl3气氛中以10℃/min的升温速率升温至1000℃,然后随炉冷却至室温后,得到含B碳纤维.调节保温时间,得到B含量不同的纤维.1.2测试与表征X射线光电子能谱测试采用FRR型光电子能谱仪,在常温真空(<1.33×105Pa)下以单色AlKα射线进行测定,测量之前采用Ar+离子进行剥离以除去样品表面污染.对所得纤维组分进行了C、N、O、B等元素的含量分析,碳元素采用美国LECO公司CS-444型碳硫分析仪红外吸收法测定;N元素和O元素采用美国LECO公司TC-436型N/O分析仪测定;B元素采用化学滴定法测定;H元素含量采用差减法计算.傅立叶红外分析采用KBr压片法,利用Nicolet-360型红外光谱仪进行测定.扫描波数范围:4000~400cm1,扫描速率3cm1/s.采用日本电子公司的JSM-5600LV型扫描电子显微镜(SEM)观察纤维形貌.将纤维与石蜡混合制成同轴环试样,纤维含量为25%,采用Agilent8720ET矢量网络分析仪测试其电磁参数.根据电磁参数,采用RAMCAD软件计算材料反射率.
2结果与讨论
2.1纤维的化学组成由表1可知,PAN预氧丝经BCl3气氛碳化后,纤维成分主要有B、C、N、O和少量H组成,不少学者对逸出的裂解气体成份随温度的变化以及碳化过程发生的主要反应进行讨论,认为碳化初期阶段的温度范围在400~450℃.本实验在400℃与450℃分别通入BCl3后碳化发现,在400℃通入时纤维的B含量较高,并且随着保温时间的延长,纤维B含量逐渐提高,而C、N含量逐渐降低(表2).
2.2纤维的形貌与结构实验采用在400℃通入BCl3后保温5h后的碳化纤维与相同工艺的N2气氛下碳化纤维进行对比.图2为两种不同气氛下碳化后的SEM照片,N2气氛下碳化纤维的表面较光滑,而BCl3气氛下碳化纤维表面出现了包状附着物,对该附着物进行能谱分析,如图3所示,附着物主要含有B、C、N、O四种元素,少量Cl元素可能为BCl3所引入的杂质所致.为了进一步研究PAN预氧丝在BCl3气氛下碳化后的结构,对其进行FTIR、XPS的分析,图4是在BCl3气氛下碳化后PAN预氧丝的FTIR图谱.由图3可见,PAN预氧丝在BCl3气氛下碳化后产物的主要吸收峰及其官能团归属分别为2240cm1(C=N);1730cm1(C–O);1420cm1/697cm1(B–N).PAN预氧丝在BCl3气氛下碳化后,与PAN预氧丝发生交联反应生成B–N键.采用XPS对在BCl3气氛下碳化后PAN预氧丝的断面进行全扫描分析,由图4可见,在BCl3气氛下碳化后PAN预氧丝中含有B、C、N、O及未检测到的H.为了研究产物中各元素的键合情况,对B1s、N1s和C1s谱峰进行了分峰处理,B主要以B–N键形式键合,以及少量的B–O键.预氧丝在碳化过程会放出H2O、HCN等气体,与BCl3发生交联反应,从而可能生成B的氧化物和BCN附着物。
2.3纤维的介电常数研究碳纤维吸波材料属于电损耗吸波材料,单层非磁性雷达吸波材料反射率计算公式为[9。其中,R是反射率,f频率,d是材料厚度,j是虚数单位,c是真空中的光速.雷达吸波材料需要使材料反射系数尽可能低,使电磁波能最大限度地进入材料内部,这就需要吸波材料具有一定的电磁参数;同时,电磁波进入材料内部后要被高效吸收,同样要求材料具有合适的电磁参数,因此,电磁参数成为雷达吸波材料的一个重要指标.对PAN预氧丝在BCl3与N2两种气氛中碳化的纤维介电常数进行比较,如图5所示.与在N2气氛下碳化纤维相比,在BCl3气氛下碳化的纤维/石蜡复合材料介电常数有所降低,介电常数虚部降低得较快,PAN预氧丝在BCl3气氛下碳化转化为碳纤维的同时生成了BCN附着物,使纤维的导电性降低,因而介电常数下降,尤其是介电常数虚部出现明显下降.根据电磁参数,利用单层吸波材料反射率计算公式计算了2mm厚吸波材料反射率,如图6所示.从反射率随频率变化趋势可以看出,在BCl3气氛下碳化后纤维最低反射率吸收峰大大下降,而且吸收峰有向低频移动的趋势.在8~18GHz频率范围内,反射率均小于8dB,在13GHz频率点,该纤维吸波材料的最低反射率可达28dB,因此PAN预氧丝通入BCl3碳化后有利于改善纤维的吸波性能。
3结论
吸波材料篇5
【关键词】高冲击 电子线路灌封材料 缓冲机理
现在国际竞争日趋激烈，国际武器装备朝着更加先进的方向发展，为了提高武器的先进性，现在大多数武器都追求较高的速度与大功率。在武器有较高的速度与功率的同时，也带来了一些问题，例如速度较高时具有较高的冲击性与振动性，武器在使用的过程中存在冲击与振动，将会使得电子器件受损严重，电子器件的受损严重就会进一步影响到武器的精度和使用效率，为了减少在高速度与大功率的条件下对武器的精度和使用效率所造成的影响，就必须选用缓冲吸能效果比较好的电子灌封材料，从而减少这种不利的影响。
1 电子线路灌封材料的缓冲机理
电子线路灌封材料在进行缓冲的过程中，就是能量吸收的过程，利用能量稀松来减弱或隔离武器发射或撞击目标时，电子线路所受到的，冲击，就比如灌封材料具有较强的粘弹性，例如硅橡胶，在硅橡胶受到外界应力的冲击下，会发生分子链的变形，而分子链之间也会产生一定的位移，在外界的冲击力消失之后，受到变形的分子，还要恢复原形。根据能量守恒原理，此时就必须交所受的外力释放出来，但是材料的变形不能完全地还原为起初的样子，这时候就能够一定的冲击能量，此时的变形与所能能够吸收的外界力成正比例关系。 如下图所示可以进一步进行分析得出：
图1为典型的低密度多孔缓冲材料的应力应变曲线，它包括3个阶段：弹性变形AB；屈服平台BC；材料压实区CD。表明材料在进入C-D区之前经过了B-C区，即材料在压实之前经过了一个屈服平台，说明材料具有吸能缓冲作用。而且鉴于这个平台的比值较低，所以材料在被压实之前不可能传递高于平台的力 。
灌封材料在另一方面还能有效的将物体所受撞击力时的应力波进行衰减，在物体受到外力冲击的情况下，材料的弹性变形会将一部分作用力进行有效的隔离与衰减。此外电子线路灌封材料的粘性，也会使应力波在传播的过程中逐渐的衰减，直至消失。有实验曾经表明，常用灌封材料的波阻抗低，仅有钢材的0.001-0.0001倍，在冲击波，从弹性载体投射到灌封材料中时，应力幅值减少，约0.001-0.0001倍。图2为某种密度聚氨酯泡沫塑料在SHPB实验中经历了应变率为102～103/s的冲击时，输入杆输出与杆上典型的应力波形，从图中可以看出，透射波形的长度远远超过入射脉冲的长度，透射波的强度福祉叫入射波的小许多，因此泡沫材料在受到外界的冲击下，由于泡沫材料的缓冲效果使得应力波在穿过其后产生了较大的衰减。
2 电子线路灌封材料的选择
在对电子线路灌封材料进行选择的时候，要根据电子产品所处的环境以及电子产品将来所使用到的性能进行选择，一定要将各种电子不同材料的性能，发挥到极点，从而满足产品所设计的要求 。在进行灌封材料选取时，一定要选择灌封材料必须是缓冲吸能效果好、应力波传播衰减速度快、幅值大的材料，对于灌封材料选取，可以从下面几个方面进行选择。
2.1 电子灌封材料的选择
首先要对不同种类的材料缓冲吸效果有正确的判断，要对材料进行各种实验分析，在进行实验完成后要选择材料的吸能率较高的，因为材料的吸能率高，表示材料所缓冲吸能的效果好。有时要根据实验所得出的结果作出能量吸收图，来帮助设计者进行直观的观察，从而做出正确的选择。能量吸收图，能够直观地表示出电子线路缓冲材料，在不同密度与应变率的条件下它的性能状态 。可以用吸能曲线和能量吸收图，表示低密度多孔材料的吸收特性，这两种特性由实验测得。首先测出材料应力应变曲线，曲线上屈服平台趋势下所围成的面积即为材料受力过程中所吸收的能量，用E表示材料的吸能率，I表示理想吸能率，其数学表达式为：
（1）
（2）
从此公式中，我们能够明显的看出E、I值越大材料的吸能特性越好。所谓的吸能曲线，是指吸能效率图和吸能理想图，当需要综合了缓冲材料在不同密度，应变率条件下的最佳吸能状态点时，应借助于能量吸收图。能量吸收图，表示了某一密度范围内单位体积泡沫塑料吸收的能量与峰值应力的关系，如果选择了临界损伤应力，能量吸收图给出不超过应力峰值而吸收最大能量的泡沫材料的密度。图3是给出的聚氨酯泡沫塑料的能量吸收图，Ey为基体材料的杨氏模量。
2.2 应力波在粘弹性材料中传播系数和衰减指数的确定
泡沫材料在应力波加载条件下的缓冲效果，由传播系数和衰减指数表示。以一个端部受到的轴向撞击的一维线性粘弹性杆为例，粘弹性杆在轴向应力的作用下，产生轴向应变和横向应变，应力应变关系为 ：
（3）
式中：
Y（t）为材料的松弛模量，
V是泊松比，
r2g是截面对x轴的回转半径的平方；
其中杆的运动方程为：
（4）
几何方程为：
（5）
（3）～（5）式作傅氏变换可以得到控制方程为：
（6）
式中：
（7）
ω为角频率；
E*w为材料的复数杨氏模量。
控制方程的解为：
（8）
（9）
其中，，为某一横截面处沿X轴正向和负向传播的波，引起的轴向应变的傅里叶变化，可由实验测得，在该点贴应变片，测出由于撞击产生的互不重叠的入射波和自由端的反射波，进行傅氏变换得出。
γ（ω）是一个重要参数，反映了材料本身引起的应力波的衰减和弥散，我们将其称为传播系数，在传播系数进行确定时，使用两种方法，第一种方法是我们知道杆材料的复数模量E*w，以及杆材料的密度，波松比，截面半径等，然后借助公示（7）计算求出，第二种方法是由实验进行测量测得，在已知自由端处应力为零，然后我们设杆x=l，由方程（9）得出，
（10）
因此我们只要测得杆上一点处的，就可以根据不同频率计算出γ（ω），进而可以确定杆材料的衰减指数，和波数k（w）或相数c（w）。
； （11）
； （12）
； （13）
在有应力波的条件下，电子线路的灌封材料的缓冲性能效果，是由传播系数与衰减指数所决定的，引力波所受到的应力应变关系有一定的方程能够正确的描述出他们的关系。电子线路灌封技术的电子器件，与所选择的材料的热膨胀系数如果不一致的话，就会在它们之间形成一定的内应力，此时在灌封电路降温的同时，电子器件便会受到压应力，就会导致电子线路发生一定的裂缝 。
2.3 填料加入量的控制
是一种典型的环氧树脂固化物的内应力随玻璃化转变温度Tg的变化示意图。通常要求有较高的Tg以确保灌封体有良好的可靠性，特别是当灌封电路体在高温条件下工作或可能发生热循环的情况。试验表明，每种混合料都有一个适当的填料浓度，在此浓度下混合料的热膨胀系数和弹性模量都具有最佳值，既达到低应力状态，又具有较高的Tg。通过控制填料的加入量，可以改变灌封电路体的热膨胀系数，达到调节应力的目的。
3 电子线路灌封材料的缓冲措施
在武器弹丸发生作用的时候，如果引线电路没有正_的缓冲措施，这个时候一旦弹丸开始发生作用就会发生剧烈的振动，设备中的元器件在受到这个剧烈的振动后，因为受力的情况，这就会导致设备中的元器件受到很大程度的损坏，众所周知元器件在武器中的作用是不可忽视的，它关乎着整个武器能否正确的发挥作用的全部过程，一旦设备中的元器件受到一定程度的损坏，甚至是微弱的损坏这将会进一步影响到程序输出过程中的错误，所以为了防止元器件受到损失导致程序输出错误的发生。所以为了保护设备中的元器件不受到外界力的冲击时所损坏某些器件，影响设备的准确率，这就必须通过以下途径来进行电子线路缓冲。
（1）电子元器件一定要选用具有抗高过载能力的，抗高过载能力的电子元器件在受到外界冲击时，能够有较强的自我抵抗能力，防止电子元器件因为受到外部的，撞击，导致自身的某些线路断开，甚至是焊点脱落，抗高过载能力能够保护电子元器件，保证电子元器件在高冲击下具有一定的使用寿命。
（2）电子元器件在电路板上要有一定合理的布局，使得他们在电路板上的质量分布均匀。元器件的质量中心，尽量为电路板的中心位置，防止在运动过程中，会因为离心力而受到损害。电子元器件一旦受到离心力的作用，将会受到巨大的损害，电子元器件的质量中心如果偏离电路板的中心位置，这在离心力的作用下会严重的导致其某些器件，在旋转运行过程中受到质量偏移问题，导致因为离心力的作用将某些元器件而甩落。
（3）有一些质量较大的电子元器件，他们在电路板上印刷时，要采用固定的结构，必须要将引线进行捆扎，并根据一定的距离进行捆绑固定，这是因为这些较重的元器件与离心力作用发生时会导致其脱落，由前面可知，离心力将会导致电子元器件的线路断裂或者是元器件的断脚、脱焊等都有可能发生，所以为了防止电子元器件在离心力的作用下发生这种问题，一定要将电路板在进行印刷时将其固定，用导线或者线束及电缆进行捆扎，这样就能够有效地保障电子元器件受到离心力作用，发生断线或者是脱焊的问题存在。
（4）电子线路灌封材料还必须具有一定的工艺性，工艺性较好的灌封材料才能够根据罐封装形式，走线等来保证灌封的质量，避免产生固化应力。电子线路灌封材料中电子模块元器件，在封装时它的形式各不相同，而且电子模块元器件的大小也不同，因此它的封装形式是不同的。而且有一部分是相互重叠的，这部分重叠的地方，他们的线路走向是十分密集的，为了保证电子线路灌封的质量，这就要求灌封材料在，常温下具有较好的流动性，较强的固化收缩率，借此来避免产生固化应力，减小进电子模块元器件的损伤。
（5）引信承受的过载超过50000g重力加速度时，比如在弹丸侵彻混凝土或钢板时，电路图需要用两级缓冲，其中第一级采用灌封材料，将电路模块固化与铝制壳体内，该壳体固定在由V型或W型钢性缓冲弹簧组成的二级缓冲体上，当过载超过某一极限时，刚性弹簧产生较大的塑性变形，达到减小过载峰值的作用。
4 结论
高冲击下电子线路灌封材料是比较关键的制作材料。本文通过以上对电子线路灌封材料的缓冲机理进行了分析研究，得出了电子线路灌封材料，是由于灌封材料具有一定的能量吸收能力，其次还具有能力衰减与弥散的能力。后面又根据灌封材料的性能进行了灌封材料的选取，根据电器元件的不同，使用性能与工作环境进行材料的选择。文章的最后又对电子元器件的缓冲措施进行了一定的论述，为了保护电子线路在高冲击下受到破坏，需要选用具有较高的抗过载能力，，还要求电子元件有合理的质量分布，还要讲究电子元器件灌封材料的工艺性，对于质量较大的电子元件进行元件的捆绑等措施。因此电子元件进行得出了要想将武器的速度与功率进行提高，就必要要将武器中的电子元器件采取一定的保护措施，与选择措施。从而保证电子元器件在使用的过程中不会存在问题导致失败。
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作者简介
安长俊（1983-），男，江苏省扬州市人。硕士学位。讲师。现为江海职业技术学院信息工程系教师，主要从事电气与电子技术研究。
周家婕（1983-），女，江苏省江都区人。硕士学位。实验师。现为江海职业技术学院信息工程系实验教师，主要从事电工与电子技术教学与研究。
作者单位
吸波材料篇6
关键词:发泡水泥 材料 探讨
一、发泡水泥的主要原材料
发泡水泥材料按照胶凝材料可分为普通水泥、镁水泥、石膏三大类。无机胶凝材料是水泥发泡材料强度的主要来源,要求其有早期强度高、速凝的特点。一般的发泡水泥选择的胶凝材料是普通的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥。镁质发泡水泥选择的是氯氧镁水泥作为无机胶凝材料,它是由轻度煅烧菱镁矿(MgCO3)得到的菱苦土(MgO)及氯化镁水溶液反应生成的气硬性凝胶材料。石膏发泡水泥采用的是石膏胶凝材料,它是制作新型建筑材料的良好原材料。
发泡剂是使材料内部产生泡沫而形成闭孔或联孔结构材料的物质,它是影响发泡水泥性能的重要因素之一。外加剂采用具有早强和稳泡功能的外加剂以及提高表面活性的助剂和减水剂。这些外加剂有利于改善浆体的浸润性、和易性和提高制品的强度以及泡沫的均匀稳定性,所以是研究发泡水泥的关键技术。
二、国内发泡水泥材料的研究
发泡聚苯乙烯(EPS)是一种轻质、内含不连续气孔的泡沫,具有密度低、比强度高、吸水率低、耐酸碱、保温性好等一系列优点,但EPS颗粒具有两大弱点:第一,由于EPS表观密度比较低,所以保温材料在搅拌过程中易产生离析;第二,EPS表面为憎水性,与无机胶凝材料不润湿,造成了其与水泥浆体界面黏结力比较差。
通过对废弃EPS的预处理,使其表面由憎水性改变为亲水性,成功地解决了无机胶凝材料对EPS不润湿、混合料和易性差、黏结强度低的技术难题。研究人员选择了高分子黏结剂和偶联剂,配制低水灰比拌合物的硅酸盐水泥胶结料,利用黏结剂和偶联剂的双重作用,实现复合胶结料对EPS的表面包裹,从而有效地改善了EPS的表面性能。
通过结构EPS轻质泡沫材料,利用了类似裹砂工艺的方法制作了新型的发泡水泥材料。并且采用微硅粉来提高EPS在水泥浆体中的分散效果和界面黏结强度,同时加入的钢纤维显著提高了泡沫材料的劈裂抗拉强度,并改善了其抗干缩性能。研究人员发现在EPS填充水泥发泡材料中同时掺加微硅粉和钢纤维能使泡沫材料的力学性能和干缩性能达到最佳。
随着对发泡聚苯乙烯填充水泥材料研究的逐渐深入,国内的研究者已经开始了EPS填充水泥泡沫材料在吸波性能方面的研究。通过对EPS填充水泥复合材料的试验研究发现,该水泥材料具有良好的吸波性能。EPS填充率和颗粒直径对材料的吸波性能具有明显的影响,对室内电磁波的防护也起到了积极的作用。由于纯水泥试样损耗性能比较低,而且水泥试样比较致密,导致材料的透波性能比较差。而EPS是一种良好的透波材料。其颗粒在浆体内均匀分布,引导入射电磁波进入材料内部,并且在材料内部发生多次反射性散射,一方面增加了单颗粒对电磁波的吸收次数,另一方面也增加了散射过程中对电磁波的损耗。同时,EPS填充水泥复合材料在加压过程中发生了较大变形,但其破坏过程是逐渐的,表明材料具有一定的韧性,而纯水泥试样则是脆性破坏,达到压力极限发生突然破坏,说明EPS填充水泥复合材料具有较好的吸收能量的功能。
三、国外发泡水泥材料的研究
美国研究人员最近研制出一种新型发泡水泥制品,它将泡沫分散在水泥材料内并制作成复合的三明治结构,是一种将微泡分散在天然乳胶中形成的水泥浆多相复合材料。鉴于现有水泥制品的脆硬性和开放的泡沫结构,新型水泥材料由于三明治结构和爆炸缓冲层的作用,使得它在抗冲击和耐水性方面具有更加优良的特性。这种新型发泡水泥材料的泡沫是由玻璃微珠制成的,水泥浆则通过天然橡胶的加入而被改良,还添加了大量的纳米陶瓷和玻璃纤维。微珠不但减轻了材料的重量,提高了耐水性,而且其独特的封闭结构使得它在微长度体系上对能量的吸收发挥了巨大的作用;天然橡胶的加入则提高了水泥基体的高温韧性和减水性;玻璃纤维的均匀分布吸收了来自外界的冲击力;少量纳米陶瓷的掺入改进了水泥浆中氢氧化物的结晶组织。因此,这种新型的水泥材料在水泥制品的抗冲击方面取得了突破性的进展。
南洋大学和谢菲尔德大学的研究人员采用陶瓷微珠填充波特兰泡沫水泥浆形成了性能更加优良的发泡材料,尤其是提高了发泡材料的抗水性。陶瓷微珠的主要成分是硅石和氧化铝,后者使得陶瓷微珠具有1600~1800℃的高熔点和低热膨胀系数(8×10-6℃-1),因此陶瓷微珠不可燃并且具有很好的耐火性能,这对于微珠应用于高温领域提供了有利的条件。陶瓷微珠的堆积密度只有400kg/m3,改
善了泡沫浆体的轻质特性。由于微珠内部局部真空的存在,对热量的转移形成了一个天然屏障,所以在泡沫材料的保温隔热方面发挥了积极的作用。陶瓷微珠的高表面硬度(6莫氏硬度)使得它能够承受剧烈的搅拌作用。微珠表面无吸附特性和大量颗粒在材料内部的分布使得它在降低泡沫水泥干缩率方面发挥了巨大的作用。
综上所述,开发环保、节能、价格低廉、性能更加优良的发泡水泥材料建议从以下几个方面开展工作:①选择新型填充料,使发泡水泥材料的应用多功能化。②利用新型纳米材料填充发泡水泥,改善材料的综合性能。③消除有机泡沫对人体的毒害,研究新型的无机泡沫水泥材料,同时开发出无毒副产品的生产工艺流程,以满足绿色工艺的要求。
参考文献:
[1]彭志辉,陈明凤,彭家惠,等.废弃聚苯乙烯泡沫(EPS)外墙外保温砂浆研究[J].重庆建筑大学学报,2007
吸波材料篇7
关键词：金属材料；介电性能；频响特性
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.130
0 概述
隐身技术是一种通过控制和降低武器系统的特征信号，使其难以被探测、发现、识别、跟踪和攻击的技术。根据探测技术可分为雷达隐身、红外隐身、声波隐身、可见光（视频）及复合隐身技术等。但由于现代及未来战争中，雷达是探测目标最可靠的手段，且其使用比例超过了60%以上，因此隐身技术的研究以目标的雷达特征信号为重点，同时展开红外、激光等其它特征信号控制的研究工作，最后向多功能、高性能的隐身方向发展[1]。目前，世界发达国家正在积极开展新型隐身材料和隐身机理的探索和研究，以适应未来战场对隐身材料的更高要求。作为一个军事大国，我国更应该大力发展隐身材料。
1 试验方法
（1）片层花状钴颗粒制备原理：片层花状钴颗粒是在强碱液相环境中，利用水合肼还原络合态钴离子制备而成的，其中络合剂为酒石酸钾钠，具有络合钴离子，减缓反应速率的作用。水合肼还原络合态钴离子的化学反应方程式如下：
Co2++n（C4O6H4）2-?[Co（C4H6O4）]n2-2n
[Co（C4O6H4）]n2-2n+3N2H4[Co（N2H4）]2++n（C4O6H4）2+
[Co（N2H4）3]2++N2H4+OH-Co+N2+H2+NH3+H2O
（2）片层花状钴颗粒制备原料及设备。原料：硫酸钴，酒石酸钾钠，氢氧化钠（NaOH）、十六烷基三甲基溴化铵（简称CTAB）、水合肼（N2H4・H2O）、无水乙醇。以上原料均为分析纯。
设备：机械搅拌器、超声波反应器、超声波清洗器、真空干燥箱。
（3）反应现象：在液相还原反应早期，反应液中具有相对较高的反应物浓度，促使还原钴原子通过均匀形核生成大量纳米钴颗粒。在高的表面能作用下，纳米钴颗粒因相碰而迅速形成许多颗粒团聚体。由于早期钴颗粒晶型的不完整性，纳米钴颗粒表面不同处的表面能差异不大，使得钴颗粒表面不同处的表面能差在纳米钴颗粒堆积形成团聚体的过程中难以明显起到择优排列的作用[12]。因此，团聚体主要是由纳米钴颗粒的简单几何堆积而成，使得团聚体中各纳米钴颗粒的晶体学空间取向不一。在反应后期，还原的钴原子主要是在已有的钴颗粒团聚体上沉积，使团聚体中各纳米钴颗粒逐渐紧密连接并长大。因此，当液相中还原钴原子在纳米钴颗粒团聚体表面沉积速率较低（受钴原子还原速率、扩散速率和表面吸附等因素控制时，钴原子有足够的时间实现低能态堆积，使团聚体中各纳米钴颗粒各自以具有较低表面能的密排晶面为表面生长。室温下，密排六方金属钴为稳定相，当钴颗粒生长条件接衡态时，团聚体中各纳米钴颗粒应各自以密排六方晶型所具有的低表面能密排晶面（0001）为表面而长大，从而形成由空间取向不同、以密排六方（0001）面作为平展面的纳米片组装而成、且以密排六方晶型为主的片层花状钴颗粒。
2 实验数据
利用自由空间反射法去测试复合材料在4～18GHZ的反射系数，再算其介电常数，测试条件为电磁波垂直入射，背衬为3mm厚的铝板。
3 结论
经过以上对两种金属材料的频率与介电常数实部的对比，我们不难发现，花状钴在5Ghz，10Ghz时对2Ghz时介电常数实部的倍数高于花状钴和超细镍粉的介电常数的倍数，因此，我们认为，在这两种材料的状态下，花状钴的吸波性能更好一些。
参考文献：
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吸波材料篇8
关键词：声学理论 吸声理论 测试方法 创新
中图分类号：O42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0198-02
Abstract：Rayleigh’s porous sound absorption theory which have been put forward one hundred years ago is not well justified by experimental results. For this reason， xin-an zhang establish a new sound absorption model.Our further works prove that zhang’s theory is consistent with test results.
Key Words：Acoustic；Sound absorption theory；The test method；Innovation
声学是物理学的一个重要分支，也是最有发展前景的一个学科。从伽利略（Galileo Galilei）开始，介入声学研究的几乎是欧洲所有的重要物理学家和数学家-当时称为哲学家。其中包括：胡克（Robert Hooke）、牛顿（Sir Issac Newton）、欧拉（Lonhard Eule）、拉普拉斯（Pieere Simon Laplace）、泰勒（Brook Taylor）、伯努利（Danial Bernoulli）、达朗贝尔（Jean la Rand d’Alamert）、泊松（Simon Denis Poisson）、黎曼（Georg F.B. Piemann）、亥姆霍兹（Helmholtz）、欧姆（Georg Simon Ohm）、玻尔兹曼（Boltzmann）和托普勒（A.Toepler）等。
到了19世纪末，英国大物理学家瑞利（Lord Rayleigh）在其名著《声的理论》中总结了300年的重要成果，集声学理论之大成。瑞利是1904年诺贝尔奖得主，其在光学和流体力学领域都有杰出贡献。当时的科学界声称，声学已发展到了极点，问题都解决了。之后，声学转向应用研究。在工程师赛宾的混响公式发明之后，第一个重要的声学分支-建筑声学得以建立。而其对于吸声材料的研究后来又应用到了噪声控制领域。
尽管瑞利是一个伟大的物理学家，但其研究领域过于广泛。因此，难免对某些问题的看法不切合实际。瑞利关于声波在多孔材料中的传播理论一直得不到充分的实验验证。目前，多孔材料的声吸收理论仍然停留在实验分析阶段。原因是瑞利理论与实验相吻合度不高。
2005年开始，张新安在其博士论文研究发现，频率越高吸声系数越高的现象并不出现在驻波管内。而只有驻波管内的声波运动才可以做相对准确理论分析。他发现，多孔材料的吸声随频率的增加呈现波浪式变化，即有很多峰值。他在总结出这种频谱的变化规律有提出了一个能够很好描述实测规律的经验公式，这其中现代计算机的应用在分析中起了很大作用。2006年他应邀前往英国参加第12届国际低频噪声会议（英国）并宣读论文。该项成果获得专家的好评。
进一步分析后他发现多孔材料的吸声并非像瑞利所说的那样由材料中的微孔对声波的粘滞作用所产生。而是来自于材料自身在声波作用下的振动消耗。由此建立起来的理论模型和公式与实测结果吻合很好。该项研究的论文在中国科技论文上发表后获得评审专家的较高评价。2008年他应邀参加08巴黎世界声学大会并宣读该论文。也得到了欧洲噪声控制委员会主任委员，英国赫尔大学（University of Hull）终身教授Keith Attenborough的较好评价。
然而，在2008年之后的有关吸声材料的各种专著和教材中，我们并没有发现对张新安这一研究成果的介绍和对其吸声系数计算公式的引用。
作为大学生创新创业项目的内容，我们希望根据自己的测试结果对张新安的理论公式进行进一步验证。
1 测试方法和测试材料
该实验中，我们使用SW002-US 302USB驻波管双声道声学测试系统测量了棉纤维层，太空棉层，几种非织造的吸声频谱。采用YG461E/Ⅱ型数字透气量仪测量材料透气量。
2 传统理论和新理论简介
传统理论[1-8]：
多孔性材料含有大量微孔和缝隙。材料薄时，吸声特性主要由黏滞损失和其表面密度决定。但如厚度接近或超过波长，声波在其中传播的距离较长，就要考虑到空气黏滞性和热传导作用。多孔性材料的固体骨骼在空气声中一般当做硬骨骼，因为空气的声阻抗率很小，骨骼不随之振动。所以讨论空气中的多孔性材料时，只讨论其中空气的运行。
文献[2]还给出了几种特殊情况下的多孔材料声阻抗公式。
然而，根据资料检索，目前尚未发现上述理论计算结果和实验结果的对比情况[1-8]。
张氏吸声理论发现，从准确的测试结果看，传统理论所认为的吸声系数随频率的增加呈现逐渐增大的趋势，只发生在材料背后的空腔距离小于5 cm时的特殊情况下。而在其他多数情况下，多孔材料的吸声随频率的增加呈现波浪式变化，即有很多峰值。因此传统理论在多数情况下与实验并不吻合。
3 测试结果对比
4 结论和展望
根据测试结果，我们初步认定，张新安的振动吸声系数计算公式与实测结果吻合较好。另外，张新安最近还将其在声学研究中的另一个发现?―声波可以产生负压强的概念引入天体物理领域。初步解释了宇宙暗能量的来源问题[9-10]。我们希望张新安在其研究的道路上越走越远。
参考文献
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