第14章 具有特殊功能的磁性材料

1.微波吸收材料和隐身技术

隐身技术是当前举世瞩目的重大军事技术，在现代战争中显示了巨大的威力。1989年，美国入侵巴拿马，两架美国F117型隐身战斗机躲过巴拿马雷达的警戒，突袭驻扎在巴拿马首都附近的巴拿马国防军，迅速解除了巴方的武装抵抗，使这次入侵在极短的时间内获胜，实现了美国的政治目的。

1991年海湾战争一爆发，美国又故技重演，使用一架F117A 型隐身战斗机开路，避开伊拉克雷达的警戒，悄然飞达伊拉克首都巴格达，向伊拉克的指挥中心——巴格达的通信大楼投去一枚900千克重的激光制导炸弹，炸毁了通信大楼，赢得了战争的主动权。据统计，美国的这种隐身飞机在整个海湾战争期间共执行127次任务。多架次的空袭任务，先后攻击了包括伊拉克总统府、空军司令部在内的主要目标，均未被敌方的防空雷达发现，做到了无一损伤。这就是现代隐身技术在现代化战争中所发挥的威力。隐身技术是一门综合技术，涉及到新材料、信息处理和精密测试等尖端技术，在美国，它和星球大战计划及核技术一起被列为国防三大高技术。在隐身技术中，微波吸收材料占有十分重要的地位。现代雷达探测敌方飞机、军舰、坦克等军事目标时，是通过发射强脉冲信号，然后接收从军事目标反射回来的信号进而使用计算机处理信息后实现的。如果在有关的军事目标表面涂覆了微波吸收材料，将投射来的信号大量吸收掉，反射回去的信号就变得十分微弱，雷达就不能发现这一目标。通常，我们可用雷达有效反射面积来反映雷达探测军事目标的能力的大小。雷达有效反射面积越大，雷达探测到军事目标的能力就越强。如果在轰炸机或战斗机表面涂覆微波吸收材料，就可使雷达有效反射面积大大减小。例如，美国早先的B52型轰炸机，因表面未涂覆微波吸收材料，其雷达有效反射面积为100平方米，而涂覆有微波吸收材料的B2型隐身轰炸机的雷达有效反射面积只有0.3平方米左右。这就是说，如果雷达对B52型轰炸机的发现距离为100千米的话，则同一雷达对B2型轰炸机的发现距离将缩短到23千米，这样就使雷达的作用和威力大大降低，从而使轰炸机能很好地重创敌方、保护自己。由此可知，理想的微波吸收材料是指能完全吸收投射到其表面的电磁波能量的特殊功能材料。

微波吸收材料主要是利用电磁波在材料中传播时通过有关的电损耗、介电损耗或磁损耗等转换成热能而产生吸收作用。由于磁介质型的微波吸收材料成本较低，吸收效率高，因此是目前应用最多，同时也是很有发展潜力的新型微波吸收材料。

微波吸收材料除了可用于隐身技术外，涂覆在雷达、通信设备机身、天线设备上，还可减小外界干扰，提高设备的灵敏度或提高通信质量；也可涂覆于房间的墙壁上做成微波暗室，以保证微波测试不受周围环境的影响，提高测试精度、效率和保密性；它还能消除电视重影，消除家用电器的电磁干扰等。因此这类功能材料在军用和民用方面都具有十分广泛的应用潜力。

2.特大磁致伸缩新材料

磁致伸缩现象是指磁性材料在磁场中被磁化后，其外形尺寸发生伸长或缩短的现象。尺寸变化的大小通常随着磁场强度的增大而增大，待磁场强度增大到一定值，材料的长度便不再随磁场强度的进一步增大而改变。这时材料长度的相对变化率称为饱和磁致伸缩系数。以往的一些磁性材料，这一系数的大小只有百万分之一或十万分之一，这就意味着，一根原长为1米的材料，在较强磁场作用下，它的长度变化量只有1/1000毫米或1/100毫米。由于这一数值非常小，所以应用价值不大。

这类材料具有很大的应用潜力，如可用于制造强力超声波发生器，这是工业上广泛使用的超声波清洗设备的关键部件；也可用来制造声呐，用于探测水下潜艇、鱼群等目标以及完成海洋油田探测、海底地形测绘等任务；还可控制激光透镜聚焦以及望远镜、电子显微镜、透镜聚焦、照相机自动聚焦等，以执行微小距离的产生和高精度测量、控制的任务；还可做成机器人用的各种功能元件、无热膨胀或负热膨胀的元器件和新型电机延时元件等。据报道，仅超声波方面的应用，每年所用材料的总值可达数百万美元；而在油压机械及机器人方面的应用，美国市场就更大，估计每年可达五亿美元。

3.磁性多层膜材料

目前研究得非常广泛的磁性多层膜材料主要是由铁、钴等铁磁性金属或合金和其他金属或合金的薄膜所组成的，每层薄膜的厚度一般为5～50纳米，总的层数可多达10～200层。它们的制备方法大多采用溅射或蒸发。由于每层厚度仅仅几纳米到几十纳米，从广义上说，这也是一种纳米固体材料，它往往显示出奇特的磁性能。