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[硕士论文] 菅帅
材料科学与工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:红外隐身技术在各种武器平台系统上的应用成为当今研究的热点,其中红外低发射率涂层是被广泛使用的一种红外隐身手段。涂层红外发射率与基体树脂、低发射率片状颜料成分与结构、片状颜料定向排列、着色颜料种类与含量以及涂层表面状态密切相关,而有关涂层表面粗糙度对红外发射率的内在影响机理的研究鲜有报道。本文采用粗糙表面模型和改进的Kubelka层级模型,建立了涂层红外发射率与涂层表面粗糙度、逆表面均方根斜率、金属颜料含量、厚度等因素之间的理论关系,为红外低发射率涂层设计与制备提供理论指导,主要工作分为以下几个方面:
  (1)涂层表面为粗糙表面层,采用粗糙表面模型结合物理光学理论来研究其光学性质;涂层内层近似看作均匀的多层离散结构叠加,采用改进的Kubelka层级模型结合几何光学理论来求解其光学性质;结合粗糙表面模型和改进的Kubelka层级模型建立了粗糙表面红外发射率预测模型。
  (2)理论计算了涂层表面粗糙度、逆表面均方根斜率、金属颜料含量、厚度等因素对涂层发射率的影响。分析结果表明:涂层红外发射率随片状金属颜料含量增加而下降,随片状颜料厚度下降而下降;粗糙表面对涂层发射率的影响主要通过两个因素:表面粗糙度(δ)和逆表面均方根斜率(a/δ),前者主要影响镜面反射,后者主要影响漫反射。涂层的表面粗糙度大致为3μm,此时镜面反射的作用可以忽略不计,真正起主导作用的是逆表面均方根斜率。当片状颗粒厚度为0.8μm,含量为0.55,逆表面均方根斜率7变化到1时,8-14μm红外发射率由0.176上升至0.242,发射率明显增大。
  (3)制备了相同金属颜料含量下不同逆表面均方根斜率以及近似相同逆表面均方根斜率下不同粒子含量的两类样品,测试了样品的实际反射率光谱,验证所建立模型的有效性。结果表明,模型的理论计算与试验结果基本吻合,体积含量一致的情况下,较大的逆表面均方根斜率有利于得到较小的发射率。逆表面均方根斜率大致相同时,较大的金属颜料含量有利于得到较小的发射率。
  (4)根据仿真计算设计了厚度为50μm发射率为0.2的低红外发射率涂层。通过控制施工工艺使涂层逆表面均方根斜率大于等于7,金属颜料含量为0.55,厚度小于1.2μm,即可得到发射率约为0.2的涂层。
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