水泥基材料由于其较低的电磁损耗性能和较高的介电常数吸波效果差,具有强吸收、宽频带、高强度的水泥基吸波材料应用前景广阔。首先利用发泡玻璃构造了多孔结构,研究了发泡玻璃的粒径、级配、吸波剂掺量、骨料掺量对材料吸波性能的影响。利用平板材料的反射率曲线推导了在多孔结构材料中波速和折射率的近似计算方法,用波速判断材料中颗粒的散射类型。实验结果作为具有3D结构的水泥基材料的研究基础。为进一步提高水泥基材料的吸波性能,设计了3D梯度结构表面的水泥基材料。表面具有3D宏观结构的水泥基材料的制备是阻碍3D宏观结构吸波设计发展的难点,利用3D打印技术构造不同结构参数的宏观结构,翻模制造了柔性硅胶模具,以模塑方法制备了具有3D结构表面的水泥基材料,方法简单,结构可控,精度高,实现了复杂结构的精细成型。表面3D结构包括尖劈型、角锥型、圆锥型,排布方式包括紧密排布和交错分布。在试验和仿真基础上,讨论了具有3D宏观结构水泥基吸波材料吸波机理和影响因素。为了保护表面3D结构,在原有3D结构单层水泥吸波材料的迎波一侧加入透波防护层,研究了透波层材料、厚度、吸波剂掺量和空腔结构对吸波性能的影响。结果表明:(1)粒径范围在0.25-1.0 mm的多孔玻璃球对1.7-18 GHz频段的吸波性能提高更明显,与其他尺寸粒径的多孔玻璃相比,平均反射率降低1-3 dB。连续级配的发泡玻璃构造的样品反射率结果显示,不同粒径的孔结构之间没有明显的协同作用。(2)3D结构能够显著提高材料的吸波性能,且结构的高度越大,吸波性能越好,有效带宽逐渐向低频扩展,结构高度达40 mm时,有效带宽可扩展到S波段(2～4 GHz)。当基体炭黑掺量为1.5%、以标准砂为骨料,表面为交错分布的30 mm高度尖劈型结构时,1～18GHz频段内的平均反射率达到-27 dB。(3)3D结构砂浆板表面加透波层后材料的吸波性能明显降低,以聚氨酯为透波层对3D结构水泥板的吸波性能影响最小,1～18GHz频段内的平均反射率为-27.9 dB。3D结构提高吸波性能的机理:会引入更多的电磁波发生损耗。电磁波在3D结构之间发生多次反射发生更多干涉损耗、在尖端和边缘会发生衍射,改变电磁波传播路径,增加干涉损耗与材料内部损耗。增加透波层后,减小了阻抗匹配程度而增大材料表面反射,减少了3D形状之间的多次反射导致干涉损耗明显降低。3D水泥基吸波板材可用于建筑物的电磁防护,军事设施的雷达隐身。