專利名稱：具有閉孔結(jié)構(gòu)的諧振群吸波體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)和微波技術(shù)的交叉技術(shù)領(lǐng)域，涉及諧振腔的制造表面技術(shù)和復(fù)合材料制造技術(shù)。特別涉及到一種具有閉孔結(jié)構(gòu)的諧振群吸波體的制造方法。
背景技術(shù)：
吸波材料是指能夠吸收、衰減入射的電磁波，并將其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能耗散掉或使電磁波因干擾而消失的一類功能材料。在微波暗室里，各類吸波材料承擔(dān)著吸收電磁波的任務(wù)。暗室中的吸波體分布在室內(nèi)五個(gè)墻面和地面，吸波體多為錐體，高度從300～2400mm不等，主吸收屏和副吸收屏的錐體最高。由于三維分布的吸波體占用了大量的測(cè)試空間，使其測(cè)試環(huán)境變的非常窄?。黄浯?，用泡沫塑料做的高大吸波體極易彎腰變形，使吸波效果變差；另外，泡沫塑料吸波體是開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，在潮濕多雨的季節(jié)極易吸水，使電磁特性變得不穩(wěn)定，這對(duì)GPS定位和航天相關(guān)的天線以及隱形材料的測(cè)試會(huì)造成不小的誤差。因此，研制高效穩(wěn)定的吸波體，減小錐體的彎曲變形，防水防潮和減小吸波體的尺寸變的非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種以透波材料(低介電常數(shù)的有機(jī)、無(wú)機(jī)材料)制成的空心球?yàn)檩d體，制得具有閉孔結(jié)構(gòu)的諧振群吸波體的制造方法。以解決上面提到的泡沫塑料吸波材料帶來(lái)的種種弊端。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
1.諧振腔(諧振球)的制備1.1基體選擇選用各種市售塑料空心球或者自制空心球作為吸波劑的基體，為了為滿足不同頻段要求，空心球直徑為1～15mm。要求空心球具有閉孔結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)高透波性，而且粒徑大小要均一。
1.2球體預(yù)處理將泡沫球酸洗、堿洗，以去除部分雜質(zhì)(可用濃度在5～10％的HCL和NaOH)。為了去除油污等有機(jī)雜質(zhì)，需要將泡沫球浸入有機(jī)溶劑中處理，根據(jù)溶劑的濃度調(diào)整浸泡時(shí)間。然后取出，放入硅烷偶聯(lián)劑溶液中攪拌10～20分鐘，使球體表面附著一薄層偶聯(lián)劑，取出陰干。偶聯(lián)劑也可加在導(dǎo)電粉末和磁性粉末表面。
1.3電壁或磁壁的制備電壁是指在球體表面附著一層導(dǎo)電涂層或薄膜；磁壁是在球體表面附著一層具有磁性的涂層或薄膜。配制含有吸波劑、阻燃劑及粘結(jié)劑的混合溶液，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整各成分的含量達(dá)到最佳效果。將經(jīng)過(guò)表面處理的泡沫球在溶液中強(qiáng)力攪拌，使泡沫球表面包覆一層連續(xù)均勻的導(dǎo)電涂層或者導(dǎo)磁涂層，然后取出干燥處理。電壁和磁壁的形成有物理方法和化學(xué)方法。
2塑料殼的制備外殼既要達(dá)到透波性好，又要有一定的剛性，同時(shí)還要滿足阻燃性要求。采用阻燃塑料板制造，阻燃性最高可達(dá)到塑料的最高阻燃等級(jí)V-0級(jí)。外殼的制備根據(jù)需要有兩種方法注塑成型和壓制成型。前者需要使用模具，制備效率高，厚度在0.6～1.2mm均可；后者在已有板材的基礎(chǔ)上加工成型，對(duì)設(shè)備要求低，可采用厚度為2～4mm的空心聚丙烯，在不降低殼體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上減輕了質(zhì)量。
3.吸波體的制備將制得的諧振球裝入成型的塑料殼體中，然后封裝嚴(yán)實(shí)，不留縫隙。吸波體可由單一粒徑的諧振球組成，也可由多種粒徑的球體組成。需要填充不同粒徑的球體時(shí)，頂部填充透射系數(shù)最大的球體，沿電磁波入射方向按照透射系數(shù)從大到小的順序填裝，底部是透射系數(shù)最小的，這樣很好的滿足了阻抗匹配，減少了不必要的反射造成吸波體吸收性能下降。這種不同粒徑分層分布的吸收體成為多層吸收體或阻抗?jié)u變吸收體，為防止相鄰層之間不同粒徑的諧振球混合，不同粒徑之間可以用超薄的塑料板隔開(kāi)，防止殼體內(nèi)部顆粒發(fā)生混合。
4.成品性能檢測(cè)檢測(cè)包括電磁性能檢測(cè)和理化性能檢測(cè)。
4.1電磁性能檢測(cè)主要測(cè)試吸收體對(duì)電磁波的吸收能力，是吸波材料最重要的性能指標(biāo)，用dB表示，不同吸收體的吸收能力和頻寬不用，以高度為400mm錐體為例，如下表。

4.2理化性能測(cè)試(主要是阻燃性)產(chǎn)品滿足國(guó)家塑料標(biāo)準(zhǔn)中的V-0級(jí)(最高阻燃等級(jí))，也可按美國(guó)海軍標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行?？箯澬阅軜I(yè)內(nèi)暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，但是可以保證錐體粘在墻上10年不變形。
本發(fā)明的效果和益處是這種吸波體由成千上萬(wàn)不同規(guī)格的諧振球構(gòu)成諧振群式吸波體，吸收體的外殼用填有阻燃劑的透波塑料制成。這類吸波體的形狀隨塑料殼的形狀任意設(shè)計(jì)。由于空心球比重非常小，可使錐體高度比傳統(tǒng)的吸波體減少20～60％；由于采用了封閉式的塑料殼，具有防潮的顯著優(yōu)點(diǎn)，塑料殼的堅(jiān)挺使其不再擔(dān)心彎腰變形。采用最高阻燃等級(jí)(V-0)的塑料殼后，其阻燃效果也優(yōu)于傳統(tǒng)的泡沫塑料。加上分散制造的空心球外表面導(dǎo)電、導(dǎo)磁涂層，比傳統(tǒng)的大塊泡沫塑料浸漬法形成的涂層更均勻，同時(shí)閉孔諧振球比開(kāi)孔泡沫塑料增加了諧振損耗。因此，具有閉孔結(jié)構(gòu)的諧振群吸波體具有高效穩(wěn)定的吸收機(jī)制。不彎曲變形的硬殼和防潮濕的封閉結(jié)構(gòu)，確保在一年四季的測(cè)試中都能獲得穩(wěn)定一致的測(cè)試效果。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
1諧振球的制備1.1原料采用聚苯乙烯泡沫塑料球形顆粒，根據(jù)粒徑不同分三種

1.2預(yù)處理將泡沫球依次用5～10％的鹽酸和氫氧化鈉水溶液漂洗，再用稀釋20倍的丙酮水溶液浸泡3分鐘，除去球體表面的酸性、堿性雜質(zhì)及油污等。然后放入4％的硅烷偶聯(lián)劑溶液中攪拌10～20分鐘，使球體表面附著一薄層偶聯(lián)劑，取出，陰干3小時(shí)。
1.3電壁的制備1.3.1選用N234型超細(xì)炭粉(10～20μm)，800℃加熱2小時(shí)，除去有機(jī)雜質(zhì)。然后球磨5小時(shí)，使炭粉尺寸在20～1000nm范圍內(nèi)，為多粒徑的納米及亞微米粉體。
1.3.2配置炭粉和水的混合溶液，水與炭粉的體積比為15∶1。
1.3.3將處理后的泡沫球200g加入到0.2mm3按照(1.3.2)配制的溶液中攪拌3～5分鐘，攪拌機(jī)葉片轉(zhuǎn)速調(diào)整在500～800rpm，待炭粉連續(xù)均勻分布在球體表面即可，取出空干。
1.3.4浸掛粘結(jié)劑和阻燃劑。將PVA加入水中配成濃度為2％的溶液，加入阻燃劑(磷酸氫二胺和阻燃涂料混合)調(diào)整濃度在8％左右。將(1.3.3)的球體加入混合溶液中攪拌2分鐘，取出空干即可。
2塑料殼的制備外殼采用聚丙烯阻燃塑料空心板制成，阻燃性最高可達(dá)到塑料的最高阻燃等級(jí)V-0級(jí)。將厚度為3mm的空心板材根據(jù)設(shè)計(jì)的形狀加工成錐體外殼備用。
3.吸波體的制備為了達(dá)到最佳阻抗匹配，將不同粒徑的泡沫球分層填裝。錐體頂部填充厚度200mm直徑5～6mm的球體，中間是140mm粒徑在3～4mm的顆粒，錐體底部是60mm直徑為1～2mm的球體，中間用空心板將不同粒徑的球體隔開(kāi)。最后將錐體封裝嚴(yán)實(shí)待測(cè)。
4.成品性能檢測(cè)4.1電磁性能檢測(cè)。高度為400mm錐體的吸收能力如下表。

4.2阻燃性能測(cè)試。產(chǎn)品阻燃性滿足國(guó)家塑料標(biāo)準(zhǔn)中的V-0級(jí)(最高阻燃等級(jí))。
權(quán)利要求
1.一種具有閉孔結(jié)構(gòu)的諧振群吸波體的制造方法，是在球體表面涂覆一層導(dǎo)電層或?qū)Т艑拥玫骄哂兄C振功能基礎(chǔ)單元的方法，其特征是a)以具有透波性的空心球(泡沫塑料或發(fā)泡玻璃)為基體，要求球形顆粒具有閉孔結(jié)構(gòu)，球形顆粒直徑為1～15mm；b)將空心球表面處理，加入到經(jīng)過(guò)細(xì)化處理的導(dǎo)電粉末或?qū)Т欧勰┡涑傻娜芤褐袛嚢?，待球體表面均勻涂覆一層均勻的粉末時(shí)取出風(fēng)干，然后加入粘結(jié)劑固化處理，最后進(jìn)行阻燃處理；c)導(dǎo)電或?qū)Т欧勰┝６认薅ㄔ?0～1000nm之間，涂覆過(guò)程攪拌機(jī)葉片轉(zhuǎn)速控制在500～800rpm，攪拌溶液配比水與吸波劑粉末的體積比為15∶1，采用先陰干再風(fēng)干的干燥方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有閉孔結(jié)構(gòu)的諧振群吸波體的制造方法，其特征還包括殼體選用具有透波性的塑料(聚丙烯、聚苯乙烯等)阻燃空心板，經(jīng)壓制成型得到，殼壁的厚度為2～4mm；或者以阻燃性透波塑料為原料注塑成型得到厚度在0.6～1.2mm的實(shí)心塑料外殼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有閉孔結(jié)構(gòu)的諧振群吸波體的制造方法，其特征還包括將單一粒徑涂覆導(dǎo)電或?qū)Т欧勰┑那蝮w填充到塑料殼體中得到均勻的吸收體，或?qū)⒉煌降那蝮w填充到錐體吸波材料不同位置得到多層吸收體，從錐體頂部到底部按透波系數(shù)遞減的順序填充，導(dǎo)電粉末和導(dǎo)磁粉末涂覆的球體可交錯(cuò)填充。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料科學(xué)和微波技術(shù)的交叉技術(shù)領(lǐng)域。涉及到具有閉孔結(jié)構(gòu)的諧振群吸波體是微波暗室(又稱無(wú)回波暗室)中吸收電磁波的高效吸收材料。其特征是采用具有閉孔結(jié)構(gòu)的空心球(有機(jī)或無(wú)機(jī)透波材料組成)為載體，在其外表面涂敷一層導(dǎo)電或?qū)Т磐繉訕?gòu)成電壁或磁壁，將成千上萬(wàn)具有涂層的空心球裝入塑料殼內(nèi)，構(gòu)成了封閉的具有吸收電磁波功能的諧振群吸波體。本發(fā)明的益處和效果是承擔(dān)吸收功能的涂層是均勻的；封閉塑料殼內(nèi)部的空心球具有良好的防潮、防水功能；堅(jiān)挺的塑料殼克服了泡沫塑料極易彎腰(業(yè)內(nèi)也叫踏腰)和在不同濕度的季節(jié)電磁性能的波動(dòng)；由于電磁波在諧振球內(nèi)的多次振蕩使其電磁損耗大于開(kāi)孔泡沫吸波體。
文檔編號(hào)H01P7/00GK1744807SQ200510046989
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月30日
發(fā)明者劉順華, 呂述平, 杜紀(jì)柱 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)