碳纤维排布方式对结构吸波材料吸波性能的影响及其机理分析
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摘要
用热压法制备了微量碳纤维、碳化硅纤维和粘胶基活性碳毡作吸波剂的系列
纤维/环氧树脂复合吸波材料。系统研究了碳纤维平行、正交、垂直等不同排布
方式对吸波材料吸波性能的影响和碳毡容性、感性电路模拟吸波材料的吸波特
性，探讨了它们的吸波机理。在此基础上把垂直排布碳纤维和感性排布碳毡复合
混杂，设计制备了碳纤维(毡)/树脂混杂复合材料，用弓形法测试其吸波性能和力
学性能。
研究结果表明：微量碳纤维/树脂复合吸波材料中，碳纤维的间距、含量对
吸波性能有重要影响。其中碳纤维垂直排布吸波材料的吸波性能优于平行、正交
排布方式，它在 12～18GHz 内有较好的反射衰减。碳纤维间距为 4mm,纤维规格
为 1k 根/束时最大吸收峰达-20dB,有效频带宽度约为 8GHz。等幅同相天线阵模
型和碳纤维垂直排布衍射模型分别可以较好地模拟碳纤维平行排布和垂直排布
吸波材料结构。
粘胶基活性碳毡感性排布吸波材料的网格大小和毡条宽度对吸波性能有重
要影响，容性吸波材料的碳毡贴片大小及贴片间距对其吸波性能影响显著。该吸
波材料在 9～11 GHz 内出现-30dB 以下的最大反射衰减峰。
综合碳纤维垂直排布和粘胶基活性碳纤维毡感性排布在不同频段各有优异吸
收，把粘胶基活性炭毡（毡条宽 5mm,间距为 10mm）和碳纤维垂直排布（间距
8mm,1k）分块混杂后制备的树脂基吸波材料在 10～18GHz 都有大于-20dB 的反射
衰减；碳毡（毡条宽 5mm,间距为 20mm）和垂直排布碳纤维(间距 4mm,1k)穿插排
布获得均匀混杂吸波材料在 8~18GHz 内均有-10dB 以下的反射衰减。
A series of radar absorbing materials were prepared by using laminating techniques.
The absorbing properties of these composites in which carbon fibers were embedded
in parellel, orthogonal or vertical and that carbon fiber felts were arranged in
capacitive or perceptual mode were researched systematically. Based on the results
above, vertical-arranged carbon fibers and perceptual-arranged carbon fiber felts were
hybridized and hybrid composites were prepared. The radar absorbing material (RAM)
reflectivity were measured using reflectivity arch measurement and the mechanics
were discussed.
For carbon fibers/epoxy resins composites, the reflection loss was influenced
significantly by carbon fiber’s distance and content. The reflection loss of vertical
-arranged composites was better than that of parellel- and orthogonal-arranged ones. It
had a better reflection property in Ku band than that in X band. A maximum reflection
loss of –20dB and over 8 GHz bandwidth were obtained from the composites in
which fiber distance was 4 mm and the fiber content was 1k per beam.
For carbon fiber felts/epoxy resins composites, the reflection loss of perceptual-
arranged the dimension of mesh and the width of carbon felts bar influenced
composites significantly. The dimension of carbon felts piece and the distance
between two pieces of carbon felts influenced the reflection loss of capacitive-
arranged composites significantly. The composite had a maximum reflection loss
below –30dB from 9 to 11 GHz.
With integrations of merits of vertical-arranged carbon fibers and perceptual-
arranged carbon fiber felts, different partitions of the composite were composed of
perceptual-arranged carbon fiber felts bars(width=5mm,diatance=10mm) and vertical-
arranged carbon fibers(distance=8mm ,1k per beam ) and the reflection loss band-
width was 8 GHz from 10 to 18 GHz below -20dB. A maximum reflection loss of
–30dB and over 10GHz bandwidth from 8 to 18 GHz were obtained from the
composite with Interpenetration of perceptual-arranged carbon fiber felts bars (width=
5mm, diatance=20mm) and vertical- arranged carbon fibers(distance=4mm ,1k per
beam ).
纤维/环氧树脂复合吸波材料。系统研究了碳纤维平行、正交、垂直等不同排布
方式对吸波材料吸波性能的影响和碳毡容性、感性电路模拟吸波材料的吸波特
性，探讨了它们的吸波机理。在此基础上把垂直排布碳纤维和感性排布碳毡复合
混杂，设计制备了碳纤维(毡)/树脂混杂复合材料，用弓形法测试其吸波性能和力
学性能。
研究结果表明：微量碳纤维/树脂复合吸波材料中，碳纤维的间距、含量对
吸波性能有重要影响。其中碳纤维垂直排布吸波材料的吸波性能优于平行、正交
排布方式，它在 12～18GHz 内有较好的反射衰减。碳纤维间距为 4mm,纤维规格
为 1k 根/束时最大吸收峰达-20dB,有效频带宽度约为 8GHz。等幅同相天线阵模
型和碳纤维垂直排布衍射模型分别可以较好地模拟碳纤维平行排布和垂直排布
吸波材料结构。
粘胶基活性碳毡感性排布吸波材料的网格大小和毡条宽度对吸波性能有重
要影响，容性吸波材料的碳毡贴片大小及贴片间距对其吸波性能影响显著。该吸
波材料在 9～11 GHz 内出现-30dB 以下的最大反射衰减峰。
综合碳纤维垂直排布和粘胶基活性碳纤维毡感性排布在不同频段各有优异吸
收，把粘胶基活性炭毡（毡条宽 5mm,间距为 10mm）和碳纤维垂直排布（间距
8mm,1k）分块混杂后制备的树脂基吸波材料在 10～18GHz 都有大于-20dB 的反射
衰减；碳毡（毡条宽 5mm,间距为 20mm）和垂直排布碳纤维(间距 4mm,1k)穿插排
布获得均匀混杂吸波材料在 8~18GHz 内均有-10dB 以下的反射衰减。
A series of radar absorbing materials were prepared by using laminating techniques.
The absorbing properties of these composites in which carbon fibers were embedded
in parellel, orthogonal or vertical and that carbon fiber felts were arranged in
capacitive or perceptual mode were researched systematically. Based on the results
above, vertical-arranged carbon fibers and perceptual-arranged carbon fiber felts were
hybridized and hybrid composites were prepared. The radar absorbing material (RAM)
reflectivity were measured using reflectivity arch measurement and the mechanics
were discussed.
For carbon fibers/epoxy resins composites, the reflection loss was influenced
significantly by carbon fiber’s distance and content. The reflection loss of vertical
-arranged composites was better than that of parellel- and orthogonal-arranged ones. It
had a better reflection property in Ku band than that in X band. A maximum reflection
loss of –20dB and over 8 GHz bandwidth were obtained from the composites in
which fiber distance was 4 mm and the fiber content was 1k per beam.
For carbon fiber felts/epoxy resins composites, the reflection loss of perceptual-
arranged the dimension of mesh and the width of carbon felts bar influenced
composites significantly. The dimension of carbon felts piece and the distance
between two pieces of carbon felts influenced the reflection loss of capacitive-
arranged composites significantly. The composite had a maximum reflection loss
below –30dB from 9 to 11 GHz.
With integrations of merits of vertical-arranged carbon fibers and perceptual-
arranged carbon fiber felts, different partitions of the composite were composed of
perceptual-arranged carbon fiber felts bars(width=5mm,diatance=10mm) and vertical-
arranged carbon fibers(distance=8mm ,1k per beam ) and the reflection loss band-
width was 8 GHz from 10 to 18 GHz below -20dB. A maximum reflection loss of
–30dB and over 10GHz bandwidth from 8 to 18 GHz were obtained from the
composite with Interpenetration of perceptual-arranged carbon fiber felts bars (width=
5mm, diatance=20mm) and vertical- arranged carbon fibers(distance=4mm ,1k per
beam ).
引文
[1] 李成功，傅恒志，于翘 编著 航空航天材料 国防工业出版社 2002.1
[2] 林鸿溢，"纳米隐身材料"，《目标特征信号控制技术》，第 5 期，1995 年 7 月 20 日。
[3] 赵九蓬，李垚，吴佩莲. 新型吸波材料研究动态[J]. 材料科学与工艺，2002；10（2）：220
[4] 白雪，秦嵘，《国外隐身技术的发展》，航天工业总公司第 707 所，1994 年 12 月，共 30 页。
[5] Paul F. Dixon, Microwave Absorbers: Theory, Design and Test, Microwave journal, Nov, 1993
[6] 罗发，周万城，焦桓，赵东林， 高温吸波材料研究现状 宇航材料工艺 2002 .32(1): 8~11
[7] 步文博，徐洁，等， 吸波材料的基础研究及微波损耗机理的探讨， 材料导报[J]， 2001，15（5）：
14-17.
[8] 蒋耀庭，简涛 激光物理与激光隐身技术 激光与红外 2001 31(4)
[9] Maosheng Cao, Jing Zhu ,Jie Yuan et.al Computation design and performance prediction towards
a multi-layer microwave absorber Material&Design, 2002 ,23,557~564
[10] Zheng Yanfei, Kikuchi, Kazuo. Two-layer wideband antireflection coatings with an absorbing
layer[J]． Applied 0ptics, 1997 ;36(25):6335-6338．
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[13] 王相元，钱 鉴 微波吸收材料的分块设计方法 南京大学学报(自然科学) 2001 9 Vol37 No5
[14] 周克省 黄可龙 孔德明 李志光 吸波材料的物理机制及其设计 中南工业大学学报 2001 12 32(6)
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[16] 绕克瑾, 赵柏琳, 高正平 电路模拟吸收材料---原理、特性及设计方法 电子科技大学学报 1995，4
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[17] 赵柏琳 高正平 绕克瑾 电磁波斜入射到分层有耗媒质上的反射系数和传输系数 电子科技大学学报
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[21] 马铁军 碳纤维毡类电磁功能复合材料的研究 天津大学博士论文 1998.1
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[31] 黄小忠，冯春祥，李效东， 一种新型的Ba-M型铁氢体磁性涂层吸波碳纤维研制，新型碳材料 1999.
50
天津大学硕士学位论文 参考文献
14(4): 72~74
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[46] 王军，许云书， 含镍碳化硅纤维的制备及其电磁性能 功能材料 2001. 32（1）：37~39
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