隐身战机的隐身材料：陶瓷基复合材料

一、概述

军工新材料技术的发展及应用决定着武器装备性能和水平。以四代机为 例，第四代机是目前世界上现役机种最先进的一代战斗机，其性能特点为 4S， 分别是：

隐形（ Stealth ）、

超音速巡航能力（Super Sonic Cruise）、

超机动能力 （Super Maneuverability）、

超级信息优势（Super Avionics），

主要代表机型有 F-22、苏-57 和歼-20，到 21 世纪的隐身设计以及更加完善的综合航电系统，使得四代机较其他代级的战斗机更具强劲战斗能力。参考美国军用飞机各自材料占机体结构总量百分比，不难看出复合材料、钛合金、铝合金这三类材料的占比都有所提升，军用飞机向轻量化发展，而且长时间超音速巡航会是飞机表面温度急剧升高，更加耐高温的钛合金比例也大幅提升。

综合性是国防军工行业的特性之一，集成了空气动力学、燃烧学、材料 科学、控制、冶金等众多学科，对材料种类的需求也更加多样，大致可分为 金属材料、高性能纤维及复合材料。

隐身能力是新一代作战装备的重要技术特征，隐身已成为飞行器等重要武器装备发展的必然趋势。由于各国在隐身技术领域存在 严密的技术封锁，针对当前新型国际形势，隐身技术是国家国防建设的重大 需求。军用飞机隐身的实现离不开隐身材料，隐身材料技术的应用可最大限 度降低探测系统发现和识别目标能力，而提高现代武器装备的生产能力和突击能力，达到克敌制胜的效果。

二、 隐身技术

隐身技术是一类技术的统称，并非专门针对某种探测器或某种专门的技 术的应用，隐身技术又称为“低可探测技术”，是指通过弱化呈现目标存在的雷 达、红外、声波和光学等信号特征，最大限度地降低探测系统发现和识别目 标能力的技术，其目的是提高武器平台的生存力，是一种防御性军事技术。根据探测器的种类不同，隐身技术可分为雷达隐身、红外隐身、声波隐 身、可见光隐身和磁隐身等技术：雷达隐身是通过精心设计武器外形，减少雷达波散射截面（RCS），使结 构吸波材料或贴片或涂层吸收掉部分雷达波或透过部分雷达波，以减少雷达 回波，从而实现隐身目的。代表探测器为雷达。红外隐身是通过适当改变发动机排气系统，减少发射。热量，主要采用多频谱涂料和防热伪装材料，改变目标的红外特征，以减少红外辐射，从而 实现红外隐身。代表探测器为红外传感器。

声波隐身 是通过使用 低噪声发动机 ，并运用消声隔声 蜂窝状或泡沫夹层结构， 控制信号特征，以降低噪声，从而达到声波隐身的目的。

代表探测器为声呐。

可见光隐身 是通过涂覆迷彩涂料、视觉伪装网、施放遮蔽烟雾，降低目 视特征等方式实现伪装遮障，以达到可见光隐身的目的。代表探测器为可见 光传感器。磁隐身多用于舰船，在舰船上安装消磁系统是舰船磁性防护的最有效手段，主要目的是预防敌方磁性武器攻击和磁性探测，提高舰船的生命力。

代表探测器为磁异常探测器。

三、国际水平

对比全球，我国当前的隐身技术已逐步步入世界先进水平，但由于海外发达国家如美国、英国等隐身技术起步较早、因此市场相对成熟，企业较多，代表企业如莱尔德（杜邦子公司）、Intermat defense、Hyper stealth technologies Pvt. Ltd、Micromag、MAST Technologies、MWT Materials 及 ARC 技术（赫氏子公司）。

（1）美国

美国隐身技术领先全球，主要采用 隐身涂层材料及结构隐身复合材料， 如 B-2 轰炸机、 F-117A 战斗机、 F-22 战斗机和 F-35 战斗机。上述隐形飞机均采用隐身涂层材料和结构隐身材料相结合的方式。以 F-22 战斗 机为例，在机翼前后缘和进气道等重点部位采用了将隐身涂层涂覆于吸波结构材料表面的方法，同时机体大量采用了 复合材料结构 ，复合材料占整个结构质量的 26%；最终低频雷达信号则被吸波结构材料吸收，高频雷达信号被表面吸波涂层吸收，发动机的推力换向和反推力喷管以及发动机周围的构件可能采用了 陶瓷基复合结构隐身材料 。

（2）俄罗斯

俄罗斯由于苏联时期的积累主要采用 等离子体隐身技术 ，在飞机或导弹上需要隐身的部位添加等离子体发生装置，通过等离子云团对电磁波产生吸收和绕射现象，从而达到隐身的目的。隐身涂层材料的隐身效果随波 长的增加而降低，而等离子体隐身恰好相反，隐身效果随雷达波波长的增加而增加。如 3M25“流星”高超音速 战略巡航导弹采用等离子发生装置进行隐身，其等离子隐身系统是一种电子束发射装置，装在进气道附近，在 遇到威胁时产生等离子，吸收雷达波，等离子的电力由导弹发动机供应。

（3）其他国家

众多发达国家也在隐身领域有独特的发展。法国和英国均研制出了 碳化硅陶瓷基复合隐身材料 ，已经成功应用于如 M88-2 发动机喷管外调节片和 F136 发动机涡轮叶片等各种发动机及发动机周围部件。同时，法国 SEP 公司研制的 C/SiC 复合隐身材料已用在阵风战斗机和幻影 2000 战斗机的发动机上。而日本的 三菱重工 研制的空舰导弹 ASM-1 和地舰导弹 SSM-1 的弹翼等部位均采用了 结构型吸波材料 。

四、隐身材料梳理

1 耐高温红外隐身涂层

红外隐身的目的是降低或改变目标的红外辐射特征，从而实现目标的低可探测性。红外隐身涂层具有低发 射率，高反射率，在红外线辐射频段有良好的隐身效果，是目前隐身涂料中最重要的品种。耐高温红外隐身涂层主要原材料涉及陶瓷粉末、金属粉末和合金粉末等，且这些粉末往往以靶材的形态供 应，形成耐高温红外隐身涂层可广泛应用于下游的航空发动机、导弹头罩、主战坦克排气烟羽等武器装备。

2 常温雷达隐身涂层

雷达隐身材料能够吸收衰减入射的电磁波，并通过吸收剂的介电振荡、涡流以及磁致伸缩，将电磁能转化 成热能而耗散掉或使电磁波因干扰而消失。常温雷达隐身涂层上游原材料主要包括羰基铁、碳粉等吸波剂以及 树脂等黏着剂，形成的隐身涂层可涂覆于航天器、地面单位、 舰船等装备表面。

3 常温雷达结构隐身材料

常温雷达结构隐身材料由于复合材料的参与，因此上游主要包括纤维、高强度芳纶蜂窝等基体以及羰基铁等吸波剂，纤维又可以分为芳纶纤维、碳纤维与玻璃纤维，另外还需要树脂、特种结构件等材料。产品应用于导弹的尾翼、壳体、飞机的蒙皮及隐身直升机旋翼等部位。

电磁吸波材料可以通过损耗电磁能量来实现电磁波较少反射甚至无反射，在电子、通讯设备电磁兼容领域具有广泛的应用。随着5G和雷达通讯等技术的兴起，电磁波应用频谱从米波拓展至毫米波，导致吸波材料需求日益增大。传统的吸波隐身材料如铁氧体、钛酸钡，碳化硅、石墨、金属纤维等，它们通常都存在吸收频带窄或密度大的缺点。已经难以满足如今的生活需求。电磁波吸收频带窄、吸收材料本身厚度、质量大等都是传统吸波隐身材料面临的问题和挑战。因此，开发具有厚度薄、质量轻、吸收谱带宽、吸收强度大 ( 即 “薄、宽、轻、强”）的新型吸波体材料迫在眉睫。

纤维材料具有柔性、质轻的特点，把吸波材料与纤维结合是实现薄、轻、宽、强的一个重要途径。尤其是可编织、可设计的高性能吸波织物已经成为提高隐身技术的重要手段。因此，研制新型高性能吸波纤维材料在日常生活和军事领域均具有重要意义，目前已引起各国广泛重视和关注。

4 耐高温雷达结构隐身材料

由于耐高温雷达结构隐身材料需要在高温下使用，因此其相比常温结构隐身材料树脂基体应用非常少，而改为 碳化硅陶瓷基体，并且添加了二氧化硅等既具有一定的红外隐身特性，又具有隔热特性的原料 。

5 隐身超材料

超材料具有很大的设计灵活度，在新型物理器件、天线系统、隐身材料等领域具有巨大的潜在应用价值。近几年来，超材料在隐身领域受到了广泛关注，利用超材料不同的物理性质可以实现不同物理机制的隐身，在 电磁隐身、电磁兼容、军事通信、电子对抗等重要领域都可以发挥显著作用。隐身超材料的原料和常温结构隐身材料相似，均为纤维、树脂、半导体吸波剂等原料，但多出基板等超材料专用的原料，其区别主要在于工艺。原材料可分为玻纤预浸料、碳纤预浸料、环氧树脂和基板四大品类， 产品应用在航天器蒙皮、海军装备、雷达罩及天线、导弹壳体蒙皮等装备部件 上，达到最佳的隐身效果。

五、隐身材料存在的问题

隐身材料具有明显的耗材属性，且维修周期更短。装备使用和贮存过程中，高温、高速气流、石击、碰撞、 机械震动、热震、擦挂等外因会造成隐身涂层的多种失效现象，包括脱落、开裂、起层和吸波性能下降等。在 列装服役过程中，沿海湿润环境会腐蚀涂层；沙漠高温干燥环境会加速隐身材料的龟裂、脱落；高速大机动飞 行时，强烈的气流冲击也会影响隐身涂层的牢固度。涂层的开裂和脱落，会增大装备的雷达散射截面面积，降 低装备的隐身功能。判断涂层是否完好需要检测涂层厚度、涂层表面状态、涂层结合强度、涂层硬度、涂层孔 隙率等方面。对寿命期内吸波涂层局部损伤引起的涂层开裂、脱落，通常采取原位修复的方法进行修补，即在 外场条件下，对故障区域进行局部脱漆、底材表面处理、涂漆、固化、后处理、检测等，以修复故障区域。往 往一小块涂层的脱落为保证连续性就需要全部重新喷涂，因为维护周期较短，需求量较大。

隐身技术是现代武器装备发展中出现的一项高新技术，是当今世界三大军事尖端技术之一，是一门跨学科的综合技术，涉及空气动力学、材料科学、光学、电子学等多种学科。世界军事强国已把隐身技术提升到与电子信息战术同等地位来发展。我国高新技术产业发展面临的“卡脖子”问题，很多就卡在材料方面。隐身材料--让“隐身”不再局限于科幻，让科幻变成现实的背后蕴藏的是高科技的力量和无数科研工作者的心血和汗水。

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