（原）材料视角 | 眼前的“黑”不是黑

2021-01-20 07:35 作者:青春材制 0人读过 | 我要投稿

初原载于工大材料汇 2019-09-26

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眼前的“黑”不是黑

浅谈战机隐身涂料

中秋假期结束，很快就迎来了国庆节。我国国庆节的庆祝活动有“五年一小庆，十年一大庆”的说法。今年是中华人民共和国建国七十周年，10月1日当天将在天安门举行盛大的庆祝仪式。届时，阅兵式上，部分先进武器也将首次亮相。

近些年来，我国也在非国庆时段举行几次阅兵式，亮相的国之利器有“9·3阅兵”中的东风21D弹道导弹和纪念建军90周年阅兵中亮相的歼-20.

歼-20是中航工业成都飞机工业集团公司研制的一款具备高隐身性、高态势感知、高机动性等能力的，接替歼-10、歼-11的第五代制空战斗机。

当仰望着空中飞过的战机梯队，黑灰色是他们的标志色。我们在网络上浏览其他各国以及各型战机，也都是以黑灰色为主。反观客机，抛开各个航司有着色彩鲜艳、样式不同的标志不谈，它们的基色多数都是白色。为什么战斗机是黑灰色的呢？因为这眼前的“黑”不是黑，是为了战机隐身的需求而特制的涂料。

隐身涂料Q&A

Q1： 啥是隐形飞机啊？隐形飞机我也看的见啊。

飞机隐身并不是只闻其声，不见其形，而是指尽量降低飞机被敌方雷达、红外辐射等探测系统发现和跟踪的可能性，其中隐身涂料在飞机隐身功能上起到了重要的作用。

Q2: 那隐身涂料又是啥？

隐身涂料是固定涂覆在武器系统结构上的隐身材料，按其功能可分为雷达隐身涂料、红外隐身涂料、可见光隐身涂料、激光隐身涂料、声纳隐身涂料和多功能隐身涂料。而在飞机隐身涂料中经常应用到雷达的有红外、可见光隐身涂料。

Q3： 那这些隐身涂料有什么特点呢？

隐身涂料要求具有较宽温度的化学稳定性、较好的频带特性，还要求面密度小，重量轻，粘结强度高，耐一定的温度和不同环境变化。因此，多功能隐身涂料是隐身涂料技术发展的必然趋势。

针对不同的需求，隐身涂料也分为不同的种类。应用于不同的场合。常见的隐身涂料有这样的几种

雷达隐身涂料

由于雷达侦察是目前世界上用得最多、最有效的侦察手段之一，因此雷达隐身技术自然也就成为一种最重要的隐身技术，国内外有关部门都进行了大量的研究。雷达隐身涂料的存在，意义在于最大限度地消除被雷达勘测到的可能性。目前有两个研究方向，分别是结构设计与吸波材料。前者让雷达波有来有回，但是作为观测者的你看不出来我是一架战机；后者则是让雷达波有来无回，这样观测者就根本无法在屏幕上看见战机的动向。

吸波涂料也分为很多种类。目前，应用于飞机的吸波涂料比较多，如：

铁氧体吸波涂料（如图一），价格低廉，吸收能力强，应用广泛；

羰基铁吸波涂料（如图二），为磁损耗型吸波材料，吸收能力强，应用方便，但面密度*大；（*面密度指的是定厚度的物质单位面积的质量。）

陶瓷吸波涂料密度较低，吸波性能好；

放射性同位素吸波涂料，涂层薄且轻，具有吸收频带宽，耐用性好，能承受高速空气动力等优点，是飞机用理想的吸波涂料；

导电高分子吸波涂料，涂层薄且易维护，吸收频带宽，是一个较新的研究领域。

近年来，纳米吸波涂料成为隐身涂料新的亮点。其一般由无机纳米材料与有机高分子材料复合，通过精细控制无机纳米粒子均匀分散在高聚物基体中，以制备性能更加优异的新型涂料。

其机械性能好，面密度低，是高效的宽频带吸波涂料，可以覆盖电磁波、微波和红外，并能增强抗腐蚀能力，耐候性好，涂装性能优异。基于以上优点，各国竞相在此领域投入人力和物力进行开发研制。

红外隐身涂料

红外隐身涂料是指用于减弱武器系统红外特征的信号，以达到隐身技术要求的特殊功能涂料。其主要针对红外热像仪的侦查，旨在降低飞机在红外波段的亮度，掩饰或变形装备在红外热像仪中的形状，降低其被发现和识别的概率。红外隐身涂料的主体树脂是单组分橡胶树脂，其与过氯乙烯涂料、环氧铁红底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。红外隐身涂料工艺简单，施工方便，坚固耐用，成本低廉，是目前隐身涂料中最重要的类型。

简单来说，与红外非接触式体温计测量体温的原理相近。降低飞机表面的温度，就能躲开红外热像仪的侦察。

可见光隐身材料

但是，以上两种涂料是无法解决在可见光下的隐身，也就是说肉眼或者摄像还是可以观察到战机的，而可见光隐身涂料又称视频隐身技术，弥补了雷达隐身和红外隐身的不足。它是针对人的目视、照相、摄像等观测手段而采取的隐身技术，其目的是降低飞机本身的目标特征，减小目标与背景之间的亮度、色度和运动的对比特征，达到对目标视觉信号的控制，以降低可见光探测系统发现目标的概率。它要求目标的反射率尽可能与周围环境的反射率一致。

多频隐身材料

许多隐身涂料往往只对一种电磁波起作用，而对其它波段毫无反应。随着先进探测设备的相继问世，这种单波段隐身涂料存在很大的局限性。兼容性好的多波段电磁波隐身涂料将具有广阔的发展空间，如雷达/可见光/红外多功能隐身涂料将得到广泛的研究和应用。

那么问题来了，隐身涂料的未来在哪？

或者说，和我们材料人的关系在哪？

多波段、多功能兼容隐身涂料的研制具有广阔的应用前景，必须采用新型的吸波材料并改进传统的吸波材料。目前有望成为研究热点的吸波材料主要是纳米吸波材料。（纳米材料与技术的小伙伴们高傲地抬起了头）

纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料，如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜和纳米微晶材料等，由尺寸在10-10～10-7m的物质组成的微粉体系。因为纳米超细粉末具有很大的比表面积，能吸收电磁波，同时纳米粒子尺寸远小于红外及雷达波波长，对波的透过率很大，因此由它制成的涂层在很宽的频带范围内可以躲避雷达波的侦察，同时能很好地吸收可见光、红外线，具有红外隐身作用，可以显著改善飞机的隐身性能。目前纳米材料作为隐身材料，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，是一种极具发展前景的高性能、多功能材料。

纳米材料复合涂料一般都是由纳米材料与有机涂料复合而成的。已有无机纳米材料与有机高分子树脂复合的纳米涂料。它是通过精细控制无机纳米粒子使其均匀分散在高聚物基体中的性能更加优异的新型涂料。纳米材料复合涂料必须满足以下两个条件：一是其中至少有一相的尺寸在1～100nm；二是纳米相的存在使涂料性能得到显著提高或有新功能。广义地讲，纳米材料复合涂料还包括金属纳米涂层材料和无机纳米涂层材料。金属纳米涂层材料主要是指材料中含有纳米晶相；无机纳米涂层材料则是由纳米粒子之间的熔融、烧结复合而成。通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前用于涂料的纳米粒子有三类：

一是金属氧化物，如TiO2、ZnO2、Al2O3、Fe2O3等；

二是纳米金属粉末，如Al、Tl、Cr、Nd、Mo等；

三是无机盐类，如CaCO3 和层状硅酸盐等。

国内研究从20 世纪80 年代末一直在关注材料用于雷达波隐身的可能性。目前的研究主要集中在纳米材料的合成和制备、扫描探针显微学、分子电子学以及极少数纳米技术的应用方面。国内一些研究机构，在隐身方面取得了一定的突破，在某些方面达到了较高水平。成都电子科技大学研制的纳米针形磁性金属粉多层纳米膜复合吸波材料，通过改变纳米针形磁性金属粉成分，可以有效地控制其频率特性，有利于展宽吸收频带。研究表明，纳米ZnO 在这方面有很好的功效。

从前的时光里，我们看着“别人家的装备”突飞猛进的发展。有特殊结构设计的“夜莺”F-117A攻击机，还有世界上第一款五代机“猛禽”F-22。