1991年，美國(guó)F-117戰(zhàn)機(jī)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中一戰(zhàn)成名。據(jù)稱(chēng)其承擔(dān)了戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)空軍攻擊目標(biāo)總數(shù)的40%，總計(jì)出擊達(dá)1271次，無(wú)一受損。同年，F(xiàn)-117的原型機(jī)退役并收藏于美國(guó)空軍國(guó)家博物館。只是將飛機(jī)送往博物館之前，為了防止泄密事件發(fā)生，制造商洛克希德采用噴砂處理徹底剝除了覆蓋機(jī)身的吸波材料。

使用第一代隱身涂料的F-117戰(zhàn)斗機(jī)（左）和B-2轟炸機(jī)（右）

如今，用于F-117的耐腐蝕多晶羰基鐵吸波涂料早已被解密，隨著雷達(dá)技術(shù)進(jìn)步，針對(duì)隱形飛機(jī)的吸波材料除了要求具備更寬的吸波頻率和更強(qiáng)的吸波能力，再就體現(xiàn)在輕薄和耐候性上。美國(guó)第五代戰(zhàn)機(jī)F-35的飛行時(shí)速、巡航能力，甚至雷達(dá)探測(cè)距離都不過(guò)和三代戰(zhàn)機(jī)相當(dāng)，但是隱身能力卻得到大大提升，新型吸波材料自然功不可沒(méi)。引用洛克希德官方說(shuō)法，新一代隱身涂料具有耐久性高、易維護(hù)的特點(diǎn)。據(jù)悉，片狀和微細(xì)化正是提升這種吸波材料效果的有效途徑，它又剛好是離子球磨機(jī)所擅長(zhǎng)的。

PBMS型等離子球磨機(jī)（華南理工大學(xué)朱敏教授團(tuán)隊(duì)研制）

等離子技術(shù)在粉體工業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)有很多相關(guān)研究和成果。比如常見(jiàn)的等離子球形化技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用于3D打印金屬合金粉體制備中。但將其技術(shù)引入并成功嫁接到振動(dòng)球磨機(jī)上，并且用于制備片狀粉體是怎么回事呢？

首先，等離子球磨機(jī)是將冷場(chǎng)放電等離子體引入到機(jī)械振動(dòng)球磨中，利用近常壓下氣體在球磨罐中形成的高能量的非平衡等離子體和機(jī)械球磨的協(xié)同作用。在密封球磨罐體系內(nèi)形成非熱等離子體作用下，物質(zhì)分子容易轉(zhuǎn)化成原子態(tài)和激發(fā)態(tài)進(jìn)行重新結(jié)合，促進(jìn)粉末的組織細(xì)化、合金化、活性激活、化合反應(yīng)及加速原位氣-固相反應(yīng)等，能極大的提高球磨效率，顯著降低球磨污染，并形成獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而顯著提高材料的性能。

(a)單純機(jī)械力作用下的片狀鋁粉表面；（b）機(jī)械力與電場(chǎng)協(xié)同作用下的鋁粉表面

繼而，等離子體產(chǎn)生的高能電子通過(guò)撞擊造成晶體的晶界滑移甚至位錯(cuò)，在短時(shí)間球磨過(guò)程中表現(xiàn)出超高塑性（電致塑性效應(yīng)），形成超細(xì)片狀結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單介紹電致塑性效應(yīng)就是，脈沖電流通過(guò)金屬材料時(shí)，產(chǎn)生大量的定向漂移的自由電子(電子風(fēng))，漂移電子群頻繁地定向撞擊位錯(cuò)，會(huì)對(duì)位錯(cuò)段產(chǎn)生一個(gè)類(lèi)似于外加應(yīng)力的電子風(fēng)力，促進(jìn)位錯(cuò)在其滑移面上的移動(dòng)，并打開(kāi)位錯(cuò)纏結(jié)，使得已經(jīng)加工硬化的金屬得以進(jìn)一步塑性變形。同時(shí)，施加脈沖電流時(shí)電能、熱能和應(yīng)力是被瞬時(shí)輸入到材料中，原子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)在脈沖電流瞬時(shí)沖擊力作用下獲得足夠的動(dòng)能離開(kāi)平衡位置，原子的擴(kuò)散能力加強(qiáng)，位錯(cuò)更容易滑移、攀移，從而提高了金屬的塑性。

氬氣等離子體球磨Al粉2h（左）; 氬氣等離子體球磨Al粉4h（右）

隨著對(duì)吸波材料研究的深入，開(kāi)發(fā)出了碳系、鐵系、陶瓷以及導(dǎo)電聚合物、手性材料等多種體系的新材料，但應(yīng)用需求方面對(duì)材料輕、薄、強(qiáng)的追求方向不會(huì)改變。回到前文介紹的美國(guó)戰(zhàn)機(jī)采用的第一代的羰基鐵吸波材料，其重量達(dá)涂層重量的50%以上，這不僅增加了戰(zhàn)機(jī)的負(fù)載，并且也導(dǎo)致成本高和耐候性差的結(jié)果。

除了上述作為軍事隱形用途，吸波材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于日常民用領(lǐng)域。比如作為OLED屏手機(jī)內(nèi)必不可少零件之一的噪聲抑制片，也勢(shì)必追求越來(lái)越薄，且需不斷提高磁導(dǎo)率，抑制手機(jī)使用時(shí)電磁產(chǎn)生的噪聲。日本先進(jìn)產(chǎn)品可以做到20微米，這首先就要求在源頭提升粉體制備水平。

綜上，等離子球磨機(jī)在吸波材料制備方面的優(yōu)勢(shì)，相信一定能夠在通信電子和國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域取得更多成果。

粉體圈 作者：郜白

華南理工大學(xué) 李陽(yáng)