Радиопоглощающий материал
Владельцы патента RU 2417491:
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им Ю.Е. Седакова" (RU)
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для изготовления поглотителей электромагнитных излучений в волноводных и антенно-фидерных системах, высокочастотных блоках приборов и безэховых камерах. Техническим результатом изобретения является получение высокопрочного радиопоглощающего состава, обладающего низким коэффициентом отражения в диапазоне СВЧ, высокой однородностью с плотностью не более 1 г/см3. Радиопоглощающий материал, содержащий полимерную основу - отверждаемый компаунд и частицы углерода технического, дополнительно содержит полые полимерные или стеклянные микросферы со следующим соотношением компонентов, мас.%: отверждаемый компаунд 60-77, углерод технический 20-30, микросферы полые 3-10. Радиопоглощающий материал изготовлен с использованием гранулированного технического углерода. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для изготовления поглотителей электромагнитных излучений в волноводных и антенно-фидерных системах, ВЧ-блоках приборов и безэховых камерах.
Известны радиопоглощающие материалы на основе карбонильного железа и полимерного связующего, приведенные в ОСТ 107.460007.006-92 «Материалы для объемных поглотителей высокочастотной энергии», а также описанные в а.с. СССР №471614, МПК H01f 1/33, H01Q 17/00 и патенте RU 2231877. Данные материалы обладают высокой прочностью, позволяют изготавливать детали поглотителей и нагрузок, однако характеризуются неприемлемо высоким (~30%) коэффициентом отражения на частотах от 60 до 65 ГГц и высокой плотностью (~3 г/см3).
Известны объемные поглотители электромагнитных волн, изготавливаемые на основе пенопласта, заявка ФРГ №159114, МКИ Н01Q 17/00, 1972 г. В данной заявке пенопластовые элементы покрываются лаком, наполненным графитом или сажей. Недостатком таких поглотителей является низкая прочность пенопластовых фасонных элементов, высокий коэффициент отражения, невозможность обеспечения точных размеров поглотителей и низких поглощающих качеств из-за неравномерности лакового слоя, содержащего поглощающие наполнители.
Из известных радиопоглощающих материалов наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является материал, описанный в патенте РФ №2275719, МПК Н01Q 17/00, представляющий собой полимерную основу, в качестве которой используется пенополиуретан и наполнитель - углерод технический при следующем соотношении компонентов:
| пенополиуретан | - 82,23-88,47 |
| углерод технический | - остальное. |
Данный материал обладает неопределенным коэффициентом отражения, имеет низкую плотность (~0,4 г/см3). Недостатком материала является низкая прочность и неоднородность (размер пор от 0,1 до 3 мм и не регулируется), не позволяющие изготавливать конструкционные и малогабаритные поглотители (волноводные нагрузки, бленды антенных систем) ударостойких приборов.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении высокопрочного радиопоглощающего состава, обладающего низким коэффициентом отражения в диапазоне СВЧ, высокой однородностью, с плотностью не более 1 г/см3.
Технический результат достигается тем, что радиопоглощающий материал, содержащий полимерную основу - отверждаемый компаунд и частицы углерода технического, дополнительно содержит полые полимерные или стеклянные микросферы со следующим соотношением компонентов, мас.%:
| отверждаемый компаунд | 60-77 |
| углерод технический | 20-30 |
| микросферы полые | 3-10. |
Радиопоглощающий материал изготовлен с использованием гранулированного углерода технического.
На чертеже представлена блок-схема измерения ослабляющих свойств радиопоглощающих материалов с помощью прибора Р2-69 - измерителя модуля передачи и отражения, где 1 - генератор, 2 - индикатор, 3 - ответвители, 4 - антенна, 5 - образец радиопоглощающего материала, 6 - металлический экран.
В качестве отверждаемого компаунда берут, например, эпоксидный компаунд КДС-25 по ТУ АДИ426-93. Состав готовят следующим образом. Стеклянные или полимерные полые микросферы (средний размер менее 0,1 мм) и углерод предварительно сушат при температуре 110±10°С в течение 2-4 часов в сушильном шкафу. Необходимые навески микросфер, углерода гранулированного и основного компонента компаунда КДС-25 - смолы эпоксидной смешивают до получения однородной смеси. Полученную смесь нагревают до температуры 70±5°С, вакуумируют в вакуумном шкафу при остаточном давлении не более 40 ГПа в течение 20-30 мин. Затем в смесь вводят второй компонент компаунда КДС-25 - отвердитель и смесь вновь перемешивают в течение 3-5 мин, после чего заливают в форму. Отверждение полученного материала в форме проводят в течение 3 часов при температуре 70±5°С. Детали сложной конфигурации, которые не могут быть изготовлены заливкой, могут изготавливаться из отлитых заготовок механической обработкой.
Для экспериментальной проверки были приготовлены 4 состава радиопоглощающих материалов, соотношения компонентов которых приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Наименование компонентов | Варианты состава и количества компонента, (мас.%) | |||
| №1 (прототип) | №2 | №3 | №4 | |
| Пенополиуретан ППУ-305А по ОСТ 4 ГО 054 234 | 85 | |||
| Углерод технический Т-900, ГОСТ 7885-86 (негранулированный) | 15 | 20 | ||
| Компаунд КДС-25 ТУ АДИ 426-93 | 80 | 65 | 70 | |
| Углерод технический К-354, ГОСТ 7885-86 (гранулированный) | 25 | 25 | ||
| Микросферы полые стеклянные МСО-А9, ТУ6-11-367-79 | 10 | |||
| Микросферы полые фенолоформальдегидные БВ-01, ТУ6-05-221-258-87 | 5 |
Для проверки физических характеристик радиопоглощающих материалов изготавливались с помощью заливочной формы образцы толщиной 5 мм и диаметром 50 мм.
Исследования отражения проводились на образцах в соответствии с ОСТ 4ГО.029.005 и руководством по эксплуатации прибора Р2-69 (см. чертеж) путем измерения по экрану индикатора (1) прибора Р2-69 коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВн) СВЧ-сигнала, образованного сложением падающей электромагнитной волны и дважды прошедшей сквозь образец радиопоглощающего материала (РПМ) (5) и отраженной от металлического экрана (6) плоской волны, излученной антенной (4), установленной вплотную к образцу РПМ. Затем КСВн переводится в коэффициент отражения Котр по мощности в процентах по следующей формуле:
В таблице 2 представлены результаты измерений характеристик четырех составов радиопоглощающих материалов на частотах от 60 до 65 ГГц.
| Таблица 2 | |||
| Варианты состава | Значения параметров | ||
| Плотность, г/см3 | Предел прочности при сжатии, МПа | Коэффициент отражения Котр, % | |
| 1 (прототип) | 0,4 | 2,0 | 28,6 |
| 2 | 1,1 | 30,0 | 26,2 |
| 3 | 0,9 | 29,0 | 9,6 |
| 4 | 0,8 | 25,0 | 8,1 |
Из таблицы 2 видно, что составы 3 и 4 обладают существенно меньшими (почти в 3 раза) значениями коэффициента отражения, чем составы 1 и 2. Кроме того, составы 2, 3 и 4 обладают значительно более (в 10-15 раз) высокой прочностью, чем состав 1 (прототип). Низкий коэффициент отражения, высокая прочность и однородность составов 3 и 4 позволяют изготавливать любые (даже игольчатого типа) высокоэффективные поглотители электромагнитных излучений для волноводных, антенно-фидерных систем, ВЧ-блоков приборов и безэховых камер.
При изучении других технических решений в данной области техники видно, что углерод технический используется в радиопоглощающих материалах. Однако о применении гранулированного углерода в сочетании с полыми микросферами в определенных соотношениях неизвестно. При этом образуется новый положительный эффект - уменьшение коэффициента отражения в диапазоне СВЧ, обеспечение высокой прочности и однородности при невысокой плотности материала.
1. Радиопоглощающий материал, содержащий полимерную основу - отверждаемый компаунд и частицы углерода технического, отличающийся тем, что дополнительно содержит полые полимерные или стеклянные микросферы со следующим соотношением компонентов, вес %:
| отверждаемый компаунд | 60-77 |
| углерод технический | 20-30 |
| микросферы полые | 3-10 |
2. Радиопоглощающий материал по п.1, отличающийся тем, что изготовлен с использованием гранулированного углерода технического.
