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在现代战争中侦察技术起着非常重要的作用。红外侦察技术是使用最广泛和最有效的侦察技术之一。红外侦察一般是被动侦察, 即利用车辆、人体、飞机等红外辐射特性与背景的不同探测目标,利用红外敏感器件, 如红外摄影仪、红外夜视仪、红外热成像仪等探测物体, 以发现目标或对其实行攻击。红外伪装的作用则是改变或降低目标的红外特性或热辐射特性, 降低被敌发现、探测的概率, 从而提高军事目标的生存能力。红外伪装的方法很多, 主要有隐身烟幕、红外诱饵、热红外伪装网和伪装涂料。其中伪装涂料是地面装备(包括导弹发射车、装甲车、火炮、坦克等)的基本伪装手段, 伪装涂料以其工艺简单、坚固耐用、施工方便、成本低廉等特点, 越来越受到军方的青睐, 成为国内外科研工作者研究的热点课题[ 1- 3] 。
1 红外伪装涂料的原理
红外成像系统探测的是目标与背景之间红外辐射能量的差别。使用热红外伪装涂料的目的是要使热红外探测器, 特别是红外成像探测系统探测不到或识别不了目标。热红外伪装涂料的工作原理可分四类。
( 1)降低目标和背景的辐射差: 由于热成像系统依靠探测目标自身与背景的辐射差别来发现和识别目标。因此热红外隐身的原理之一就是降低目标和背景的幅射度差vM。
( 2)热迷彩: 是把不同热辐射热特性材料做成不同形状的组合图案, 使得热成像系统上反映出来的目标图像失真或轮廓模糊而无法识别。
( 3)热变频: 是使目标辐射出来的中、远红外辐射的频率发生变化, 使之变为对红外大气窗口透过率很小, 甚至不透明的频率(即3um – 5um 和8um- 14um 以外的波长)。这样目标发出的热红外辐射在大气传输过程中很快衰减而达不到热红外探测器上, 以达到热红外伪装的目的。
( 4)热转换: 是使目标发出的热能通过材料的吸收转化为其他形式的能量, 而不会被红外探测器探测到, 以达到伪装目的。
2 红外伪装涂料的影响因素
211 辐射波长的变化
多数红外辐射材料, 其发射红外线的性能, 在短波主要与电子在价带至导带间的跃迁有关; 在长波段主要与晶格振动有关。晶格振动频率取决于晶体结构、组成晶体的元素的原子量及化学键特性。
212 材料的体因素的影响
材料的体因素包括材料的厚度、填料的粒径和含量等。对某些材料, 如红外线透明材料或半透明材料, 由于红外线能量是在传播过程中材料的吸收所致, 其发射率还与其体因素有关。
213 材料本身结构的影响
一般来说, 金属导电体的发射率值较小, 电介质材料的发射率值较高。存在这种差异的原因与构成金属和电介质材料的带电粒子及其运动特性直接相关。带电粒子的特性不同, 材料的电性和发射率红外辐射的性能就不一样, 而这往往与材料的晶体结构有关。
214 温度的影响
温度影响材料的发射率, 实验表明, 电介质材料的发射率较金属大得多, 有些随温度升高而降低, 有些随温度的升高而有复杂的变化。
215 材料表面状态的影响
一般说来, 材料表面粗糙, 其发射率越大。有关资料表明, 铬镍铁合金经不同表面处理后, 其发射率有大幅度的变化。分别采用电抛光、喷砂、电抛光后再氧化三种方法, 其在482 ºc 时的发射率分别为0.11、0.31和0.60。红外线在金属表面上的发射性能与红外线波长对表面不平整度的相对大小有关, 与金属表面上的化学特征(如油脂玷污、附有金属氧化膜等)和物理特征(如气体吸附、晶格缺
陷及机械加工引起的表面结构变化等)有关。
216 预处理工艺的影响
同一种材料因预处理工艺条件不同而有不同的发射率值。经700 ºc 空气处理与经1400 ºc 煤气处理的氧化物的常温发射率分别为0.51和0.56。
3 红外伪装涂料研究中存在的问题
国外对于红外隐身涂料的研究己经取得了很大的进展, 但国内比国外还有很大的差距。目前对于红外隐身涂料的实际应用的报道还比较少。从文献中可以看出, 主要存在问题是:
( 1) 红外隐身涂料主要组成部分之一是成膜物质, 目前缺乏对成膜物质的系统研究, 对成膜物质物理机械性能的研究也很少。高透明, 同时又有一定的物理机械性能的红外成膜物质品种更少。急需对红外隐身涂料的成膜物质建立合理的数据库,从而方便选择合理的红外隐身涂料成膜物质;
( 2) 由于红外隐身涂料作为面漆, 要长期接受紫外线照射和大气腐蚀, 因此对其物理机械性能要求较高, 从目前应用情况来看, 红外涂料存在的主要问题是涂层的物理机械性能和附着力偏低, 所以必须加强隐身涂料的工程应用研究, 使涂层物理机械性能达到要求;
( 3) 当红外隐身涂料的成膜物质确定后, 红外隐身涂料的红外发射率与填料有很大的关系, 对于填料的选择和填料的粒径大小、填料的百分含量,目前尚缺乏系统的研究;
( 4)红外隐身涂料的红外发射率不仅与所选择的成膜物质、填料有关, 还与涂层的施工工艺有关,对于施工工艺还需作系统的研究;
( 5) 由于对目标的侦察不仅有红外探测, 还有激光、雷达等, 应进一步开展多频谱兼容涂料研究,以满足涂层多功能化、智能化要求。
4 红外伪装涂料研究的主要方向
随着红外探测技术的提高, 红外伪装技术的发展也越来越迅速, 红外低发射率伪装涂料作为伪装材料的一种, 是目前伪装涂料研究的难点。探索典型半导体材料T IO 的制备工艺条件, 并进行选择优化; 研究掺杂量、粉体的粒径、形貌等因素对发射率的影响规律; 进行涂覆工艺研究, 如粘合剂的选择、颜料与粘合剂的最佳配比、涂层厚度等因素的影响将是以后红外伪装涂料的研究主要方向。
