Композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения
Владельцы патента RU 2324989:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)
Изобретение относится к средствам для защиты от электромагнитных полей радиочастотного диапазона и может применяться для обеспечения электромагнитной совместимости технических средств в различных отраслях промышленности, а также для защиты биологических объектов от патогенного влияния электромагнитных полей естественного и искусственного происхождения. Изобретение направлено на повышение коэффициента экранирования, что обеспечивается за счет того, что в материале, состоящем из полимерной основы, в которой распределены частицы аморфного магнитомягкого сплава Fe-Cu-Nb-Si-B или Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой и размером от 1 до 100 мкм, согласно изобретению использованы частицы сплава, содержащие нанокристаллы соединения α-(Fe, Si) или ε-Co объемной плотностью (0,6÷1,4)·10-5 1/нм3. 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к материалам для защиты от электромагнитных полей радиочастотного диапазона и может применяться для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств в различных отраслях промышленности, а также для защиты биологических объектов от патогенного влияния электромагнитных полей естественного и искусственного происхождения.
Материалы для защиты от электромагнитного излучения необходимы для уменьшения и снижения вплоть до нуля электромагнитного поля, которое оказывает негативное влияние на работу электронного оборудования, электрических и магнитных устройств, а также биологических объектов.
В настоящее время для создания защитных материалов от электромагнитного излучения используются порошки аморфных магнитомягких сплавов системы Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B или Fe-Cu-Nb-Si-B. Такой композиционный материал обычно состоит из частиц порошка аморфного сплава и диэлектрического связующего материала, в котором частицы равномерно распределены.
Известны патенты США №4,923,533, №5,252,148 и патент Японии №59201493, в которых материал для защиты от электромагнитных полей предлагается изготавливать в виде композиционного материала из порошков аморфных магнитомягких сплавов на основе полимерного связующего. Для изготовления таких материалов используются порошки чешуйчатой формы аморфных сплавов базовых систем Fe-Si-B или Co-Fe-Ni-Si-B. Размер частиц порошка варьируется от 0,01 до 300 мкм, а коэффициент формы (отношение толщины к максимальной длине частицы) таких порошков варьируется от 10 до 1500. Объемное содержание порошка в полимерном связующем варьируется от 1 до 60%.
Повышение эффективности экранирования в таких материалах возможно за счет увеличения магнитной проницаемости. Этот эффект может быть реализован двумя способами. Во-первых, за счет увеличения объемного содержания порошка в полимерной матрице более 60%, что технологически трудно реализуемо. Во-вторых, за счет перевода аморфной структуры порошка магнитомягкого сплава в нанокристаллическое состояние, приводящее к увеличению магнитной проницаемости.
Наиболее близким по технической сущности и принятым нами за прототип является изобретение по патенту США №4,923,533, суть которого заключается в следующем. Порошок аморфного магнитомягкого сплава дисперсностью от 1 до 100 мкм и коэффициентом формы от 10 до 1000 равномерно распределен в полимерном связующем с объемным содержанием от 10 до 60%. Магнитная проницаемость (μ) такого композита находится в интервале от 15 до 70.
Недостатком предлагаемого изобретения является то, что в данной конструкции повышение эффективности экранирования и магнитной проницаемости выше 70 возможно только при объемном содержании порошка в полимерном связующем более 60%.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение магнитной проницаемости и, как следствие, коэффициента экранирования за счет формирования в структуре частиц аморфного магнитомягкого сплава нанокристаллов α-Fe или ε-Со.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в известном материале, состоящем из полимерной основы, в которой распределены частицы аморфного магнитомягкого сплава Fe-Cu-Nb-Si-B или Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B размером от 1 до 100 мкм, согласно изобретению использованы частицы с нанокристаллической структурой, содержащие нанокристаллы соединения α-(Fe, Si) или ε-Со объемной плотностью (0,6÷1,4)·10-5 1/нм3, что повышает магнитную проницаемость до 90 и более.
Согласно изобретению предлагаемый материал, представленный на чертеже, состоит из частиц порошка аморфного магнитомягкого металлического сплава с нанокристаллической структурой (1) и полимерной основы для фиксации положения частиц порошка (2).
Использование в качестве наполнителя материала, обладающего нанокристаллической структурой, обеспечивает увеличение магнитной проницаемости.
Пример конкретного выполнения: в лабораторных условиях авторами были изготовлены три образца композиционного материала, в которых в качестве наполнителя были использованы частицы с нанокристаллической структурой, содержащей нанокристаллы соединений α-(Fe, Si) и нанокристаллы соединений ε-Со с объемной плотностью (0,30; 0,60; 0,70; 1,16; 1,40; 1,54; 1,91 и 2,60)·10-5 1/нм3 каждого соединения, распределенные в полимерной основе, и три образца, содержащие порошок аморфного магнитомягкого сплава дисперсностью от 1,0 до 100 мкм с объемным содержанием 60%, равномерно распределенного в полимерном связующем. Затем на магнитометрической установке определена магнитная проницаемость всех образцов. Результаты испытаний приведены в таблице.
Проведенные нами эксперименты показали, что при объемной плотности нанокристаллов α-(Fe,Si) или ε-Со (0,6÷1,4)·10-5 1/нм3 магнитная проницаемость (μ) композитов по сравнению с аморфным состоянием увеличивается в 2-3 раза и составляет от 90 до 135 (табл.). Экспериментально установлено, что при объемной плотности нанокристаллов в аморфной матрице менее 0,6·10-5 1/нм3 эффект повышения μ не наблюдается. При больших, чем 1,4·10-5 1/нм3, происходит уменьшение μ.
Материал работает следующим образом:
Электромагнитная волна, проникшая в глубь материала, интенсивней поглощается в нем за счет более высокой поглощающей способности нанокристаллической структуры, обладающей большей магнитной проницаемостью по сравнению с аморфной. При достижении электромагнитной волной противоположной поверхности происходит ее большее поглощение, что приводит к повышению коэффициента экранирования.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения выразится в снижении толщины и уменьшении массогабаритных характеристик композиционного материала, что позволит повысить надежность работы электронных и электротехнических средств, обеспечить эффективную защиту биологических объектов за счет повышения магнитной проницаемости композиционного материала и, как следствие, коэффициента экранирования электромагнитных полей радиочастотного диапазона.
| Таблица. Свойства предлагаемого и известного композиционных материалов | |||||
| Композиционный материал | № | Сплав | Тип нанокристаллов в аморфной матрице | Объемная плотность нанокристаллов, 1/нм3·10-5 | Магнитная проницаемость, μ |
| Предлагаемый | 1 | Fe-Cu-Nb-Si-B | - | 0* | 50 |
| 2 | Fe-Cu-Nb-Si-B | α-(Fe, Si) | 0,3 | 73,5 | |
| 3 | Fe-Cu-Nb-Si-B | α-(Fe, Si) | 0,60 | 92,5 | |
| 4 | Fe-Cu-Nb-Si-B | α-(Fe, Si) | 0,70 | 119,5 | |
| 5 | Fe-Cu-Nb-Si-B | α-(Fe, Si) | 1,16 | 122,5 | |
| 6 | Fe-Cu-Nb-Si-B | α-(Fe, Si) | 1,40 | 91,0 | |
| 7 | Fe-Cu-Nb-Si-B | α-(Fe, Si) | 1,54 | 71,0 | |
| 8 | Fe-Cu-Nb-Si-B | α-(Fe, Si) | 1,91 | 55,0 | |
| 9 | Fe-Cu-Nb-Si-B | α-(Fe, Si) | 2,60 | 25,0 | |
| 10 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | - | 0* | 50,0 | |
| 11 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | ε-CO | 0,3 | 77,5 | |
| 12 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | ε-Co | 0,60 | 90,0 | |
| 13 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | ε-Co | 0,70 | 115,0 | |
| 14 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | ε-Со | 1,16 | 112,5 | |
| 15 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | ε-Co | 1,40 | 92,5 | |
| 16 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | ε-Со | 1,54 | 65,0 | |
| 17 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | ε-Co | 1,91 | 62,5 | |
| 18 | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | ε-Со | 2,60 | 17,5 | |
| Известный | Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B | - | 0* | 42,5 | |
| Примечание: В таблице приведены значения испытаний трех образцов на точку. 0* - соответствует аморфному состоянию. При объемной плотности нанокристаллов α-(Fe, Si) или ε-Со (0,6÷1,4)·10-5 1/нм3 магнитная проницаемость (μ) композитов по сравнению с аморфным состоянием увеличивается в 2-3 раза и составляет от 90 до 135. При объемной плотности нанокристаллов менее 0,6×10-5 1/нм3 эффект повышения μ не наблюдается. При больших, чем 1,4×10-5 1/нм3, значения объемной плотности происходит уменьшение μ. |
Композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения, состоящий из полимерной основы, в которой распределены частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B или Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой и размером от 1 до 100 мкм, отличающийся тем, что частицы сплава содержат нанокристаллы соединений α-(Fe, Si) или ε-Со объемной плотностью (0,6÷1,4)·10-5 1/нм3.
