一种光谱选择性低发射率的红外隐身涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光谱选择性低发射率的红外隐身涂层及其制备方法和应用，属于功能薄膜材料及其制备技术领域。本发明专利技术解决现有红外隐身涂层存在耐温性差、阻碍辐射散热等技术问题。本申请提供的红外隐身涂层具有周期性多层膜结构，周期性多层膜结构由高折射率材料层和低折射率材料层组成，可实现在红外波段下选择性发射的效果。高折射率材料层和低折射率材料层均为红外波段的优选窗口材料，热匹配性较好，可以有降低涂层在红外波段的温度，残余热应力较小，且各层间具有优异的附着力，无互相渗透现象存在，膜层不易脱落。膜层不易脱落。膜层不易脱落。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱选择性低发射率的红外隐身涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种光谱选择性低发射率的红外隐身涂层及其制备方法和应用，属于功能薄膜材料及其制备


技术介绍

[0002]随着隐身飞机需求不断增加，隐身技术也得到了不断的发展，红外隐身作为隐身技术中一种重要的类别，也得到了越来越多的关注。红外隐身，其概念是指消除或减小目标与背景间中远红外波段两个大气窗口(3～5μm，8～14μm)辐射特性的差别。目前红外隐身技术中，常用的手段有两种：改变目标的红外辐射波段或是降低其红外辐射出射度，其中后者是最常见的技术手段。
[0003]由Stefan
‑
Boltzmann定律：M＝εσT4，红外辐射出射度与温度T以及发射率ε有关。因此降低红外辐射出射度M，实现红外隐身，理论上可通过降低目标表面温度或发射率来实现。在当前的隐身手段中，常见的是在目标表面涂覆低发射率涂层。
[0004]传统的红外低发射率涂层在整个红外波段都具有较低的发射率，覆盖了红外探测的窗口波段，但是不具备选择性低发射的特点。全波段降低红外发射率会影响热传导的过程，导致热量集聚、温度上升。结合Stefan
‑
Boltzmann定律，温度的升高导致了红外辐射出射度的增加，增加了可探测性。由此可见传统的红外隐身涂层带来了隐身与散热的兼容问题。因此，理想的红外隐身材料应该具备的性能特点是：在红外探测窗口波段，即3～5μm和8～14μm波段，材料具有较低的发射率，以降低其可探测性；而在非窗口波段的发射率应尽可能高，使热量可及时扩散，达到散热的要求。因此，研制具有光谱选择性发射的红外隐身材料，解决红外隐身与辐射散热的矛盾，是实现红外隐身的关键。
[0005]基于上述问题，迫切需要提供一种制备简单、红外隐身性能好的新型红外隐身材料及其制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决现有红外隐身涂料在降低表面红外辐射的同时，也增加了对可见光、微波的反射，不利于隐身，以及还存在耐温性差、阻碍辐射散热等技术问题，提供一种光谱选择性低发射率的红外隐身涂层及其制备方法和应用。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]本专利技术的目的之一是提供一种光谱选择性低发射率的红外隐身涂层，该涂层为两个层膜叠加结构，每个所述的层膜由高折射率材料层和低折射率材料层周期交替叠加而成，第一个层膜的中心波长为λ1，第二个层膜的中心波长为λ2；其中，3≤λ1≤5μm，8≤λ2≤14μm，第一层膜位于基底材料上，第二层膜位于第一层膜上。
[0009]进一步限定，相邻高折射率材料层和低折射率材料层间通过化学键结合。
[0010]进一步限定，第一个层膜由高折射率材料层和低折射率材料层至少交替叠加两个
周期而成。
[0011]更进一步限定，第一个层膜由高折射率材料层和低折射率材料层交替叠加两个周期而成。
[0012]进一步限定，第二个层膜由高折射率材料层和低折射率材料层至少交替叠加两个周期而成。
[0013]进一步限定，第二个层膜由高折射率材料层和低折射率材料层交替叠加一个周期而成。
[0014]进一步限定，高折射率材料层的折射率为3.8，低折射率材料层的折射率为1.4。
[0015]进一步限定，高折射率材料层材质为W或Mo，低折射率材料层材质为SiO2或HfO2。
[0016]更进一步限定，高折射率材料层材质为W，低折射率材料层材质为SiO2。
[0017]进一步限定，第一个层膜厚度为1/4
·
λ1，第一个层膜厚度为1/4
·
λ2。
[0018]进一步限定，该涂层在3μm～5μm和8μm～14μm的红外窗口波段的发射率为0.1以下，在5μm～8μm的非窗口波段发射率为0.6以上。
[0019]本专利技术的目的之二是提供一种上述光谱选择性低发射率的红外隐身涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0020]步骤1，衬底清洗：准备衬底材料，并对衬底材料进行清洗、干燥；
[0021]步骤2，采用离子束溅射沉积工艺在衬底材料上制备低折射率材料层，并通过控制溅射时间得到相应的厚度；
[0022]步骤3，采用离子束溅射沉积工艺在低折射率材料层表面制备高折射率材料层，并通过控制溅射时间得到相应的厚度；
[0023]步骤4，重复步骤2和步骤3获得低折射率材料层和高折射率材料层周期交替叠加而成的第一个层膜；
[0024]步骤5，采用离子束溅射沉积工艺继续制备低折射率材料层，并通过控制溅射时间得到相应的厚度；
[0025]步骤6，采用离子束溅射沉积工艺在低折射率材料层表面制备高折射率材料层，并通过控制溅射时间得到相应的厚度；
[0026]步骤7，重复步骤5和步骤6获得低折射率材料层和高折射率材料层周期交替叠加而成的第二个层膜，完成光谱选择性低发射率的红外隐身涂层的制备。
[0027]进一步限定，衬底为铝板。
[0028]更进一步限定，衬底清洗过程为：先使用去离子水清洗衬底材料表面杂物，再使用无水乙醇浸泡在超声波清洗仪里清洗。
[0029]进一步限定，制备低折射率材料层的离子束溅射沉积条件为：衬底温度为25℃，离子束束流35mA，溅射时间为11～19min。
[0030]进一步限定，制备高折射率材料层的离子束溅射沉积条件为：衬底温度为25℃，离子束束流25mA，溅射时间为15～23min。
[0031]进一步限定，高折射率材料层和低折射率材料层使用离子束镀膜机制备。
[0032]本专利技术与现有技术相比本申请还具有以下有益效果：
[0033](1)本专利技术提供的红外隐身涂层具有周期性多层膜结构，且周期性多层膜结构使用高折射率材料层和低折射率材料层组成，实现在红外波段下选择性发射的效果，且高折
射率材料层和低折射率材料层均为红外波段的优选窗口材料，热匹配性较好，可以有效的降低涂层在红外波段的温度，残余热应力较小，且各层间具有良好的附着力，无互相渗透现象存在，膜层不易脱落。
[0034](2)此外，本专利技术制备的红外隐身涂层水接触角为84
°
，比衬底铝片(54
°
)的接触角略有增加，润湿程度略有降低，进一步的增大涂层的表面清洁性。
[0035](3)最后，本专利技术制备的红外隐身涂层进行了热稳定性测试，真空条件下退火5h后涂层的发射率光谱无明显变化，非大气窗口的红外发射率仍然保持在进一步的证明了涂层具有良好的热稳定性，能够较好的解决现有红外隐身涂层耐温性差、阻碍辐射散热等问题。
附图说明
[0036]图1为实施例1制备的红外隐身涂层的结构示意图；
[0037]图2为实施例1制备的红外隐身涂层的在3.0～14.0μm波段的模拟发射率谱图；
[0038]图3为实施例1制备的红外隐身涂层的在3.0～14.0μm波段的实验发射率谱图；
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外隐身涂层，其特征在于，该涂层为两个层膜叠加结构，每个所述的层膜由高折射率材料层和低折射率材料层周期交替叠加而成，第一个层膜的中心波长为λ1，第二个层膜的中心波长为λ2；其中，3≤λ1≤5μm，8≤λ2≤14μm，第一层膜位于基底材料上，第二层膜位于第一层膜上。2.根据权利要求1所述的红外隐身涂层，其特征在于，第一个层膜由高折射率材料层和低折射率材料层至少交替叠加两个周期而成。3.根据权利要求2所述的红外隐身涂层，其特征在于，第一个层膜由高折射率材料层和低折射率材料层交替叠加两个周期而成。4.根据权利要求1所述的红外隐身涂层，其特征在于，第二个层膜由高折射率材料层和低折射率材料层至少交替叠加两个周期而成。5.根据权利要求1所述的红外隐身涂层，其特征在于，第二个层膜由高折射率材料层和低折射率材料层交替叠加...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓宏，李杨，卢松涛，秦伟，洪杨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：