Радиопоглощающий материал и способ его получения

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к поглотителям высокочастотного электромагнитного излучения в диапазоне сверхвысоких частот, и может быть использовано для снижения возможности обнаружения различных целей средствами радиообнаружения, для обеспечения электромагнитной совместимости радиотехнических устройств, защиты человека от вредного воздействия радиоизлучений, создаваемых различными промышленными и бытовыми устройствами. Для получения радиопоглощающего материала оксидный гексагональный ферромагнетик Y-типа измельчают до размера менее 60 мкм. Порошок смешивают с эпоксидным клеем в соотношении 75 : 25 мас.%. Смесь подвергают воздействию внешнего магнитного поля величиной 3 кЭ в течение 5 часов, выдерживают без воздействия внешних факторов до полной полимеризации композита. Композит при помощи тонкого слоя клея закрепляют на металлической подложке. Обеспечивается получение материала с увеличенной шириной области поглощения, низким коэффициентом отражения, что позволяет получать радиопоглощающие покрытия с меньшим весом на единицу укрывающей поверхности. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к поглотителям высокочастотного электромагнитного излучения (ЭМИ) в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано для снижения возможности обнаружения различных целей средствами радиообнаружения, обеспечения электромагнитной совместимости радиотехнических устройств, защиты человека от вредного воздействия радиоизлучений, создаваемых научными, промышленными и бытовыми устройствами, и направлено на уменьшение коэффициента отражения электромагнитных волн и расширения рабочего диапазона частот.

Из уровня техники известны различные материалы, обладающие свойством поглощать высокочастотные ЭМИ, а также технологии их получения.

Известны защитные покрытия, включающие по меньшей мере два слоя полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом (RU № 2470967). На каждый слой полимерных нановолокон вакуумным распылением нанесена пленка из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала. Содержание частиц ферромагнитного или ферримагнитного материала составляет от 0,5 – 10 мас. % в пленке, нанесенной на внешний слой полимерных нановолокон, до 80 – 100 мас. % в пленке, нанесенной на слой полимерных нановолокон, прилегающий к защищаемой поверхности. Направление полимерных нановолокон одного слоя составляет с направлением полимерных нановолокон смежного слоя угол φ, равный 180°/N, где N – число слоев полимерных нановолокон.

Основными недостатками данных поглощающих покрытий являются сложность в изготовлении из-за использования вакуумного распыления для нанесения пленки, а также малая механическая прочность, что сужает область применения покрытия.

В патенте RU № 2502766 радиопоглощающее покрытие для защиты от ЭМИ изготавливают послойным нанесением на подложку слоев радиопоглощающего материала, содержащего 20–70 мас. % смеси микрошариков, изготовленных из природного граната по плазменной технологии, и связующего вещества, с закреплением нанесенного покрытия путем термообработки.

Основными недостатками данного материала являются низкие значения коэффициента поглощения, а также сложность термообработки, при которой необходимо учитывать скорость режимов нагрева и охлаждения, температуру, среду, продолжительность изотермических выдержек.

Многослойный композиционный материал по патенту RU № 2529494 состоит из полимерной основы с распределенными в ней частицами сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B и представляет собой многослойную конструкцию, каждый слой которой выполнен из указанного состава, содержание частиц сплава в каждом слое составляет 70 – 90 мас. % и ограничено определенным диапазоном размеров частиц из непрерывного ряда 1–200 мкм с увеличением размерности частиц в каждом последующем слое. Техническим результатом изобретения сохранение низких значений коэффициента отражения при высоких значений магнитной проницаемости.

Основным недостатком данного материала являются узкий интервал частот (не выше 10 ГГц) и большая толщина слоев поглощающего материла, что резко увеличивает массу покрытия.

В заявке US 20180212333 представлен многослойный поглощающий материал, первый слой которого состоит из армирующего волокна, пропитанного первой матрицей; второй слой, расположен на первом слое и включает в себя второе армирующее волокно, пропитанное второй матрицей, причем второе армирующее волокно покрыто металлическим магнитным покрывающим слоем, состоящим из ферромагнитного материала (Ni, Co, Fe). Матрица представляет собой термоотвержденную эпоксидную смолу.

Недостатком данного поглощающего материала является узкая полоса частот, на которых поглощение ЭМИ составляет 90% (-10 дБ), что делает его менее эффективным при использовании в качестве поглощающего покрытия.

Наиболее близким техническим решением является способ по патенту RU № 2382804, по которому производят механическую обработку оксидного гексагонального ферримагнетика с W-структурой в механоактиваторе в течение 30–300 секунд при факторе энергонапряженности 20–40 g и смешение его с эпоксидной смолой в соотношении, мас.%: оксидный гексагональный ферримагнетик с W-структурой 70–91, эпоксидная смола 9–30.

Недостатками данного материала является сужение частотного интервала с уменьшением содержания оксидного гексагонального ферримагнетика с W-структурой и трудность достижений заданного коэффициента отражения путем механической обработки в механоактиваторе. Авторы отмечают, что при таком способе получения материала необходимо делать выбор между энергозатратами на обработку материала и заданными характеристиками. При содержании наполнителя 75 и более об.% радиопоглощающие покрытия обладают значительной массой.

Целью предлагаемого изобретения является разработка простого способа получения композиционного материала с уменьшением коэффициентов отражения высокочастотного ЭМИ в широкой полосе СВЧ без увеличения концентрации гексагонального ферромагнетика, т.е. стоит задача получить материал с увеличенной шириной области поглощения при малых концентрациях активной фазы.

Для получения радиопоглощающего материала в способе, включающем измельчение оксидного гексагонального ферромагнетика Y-типа до размера менее 60 мкм и последующее смешение порошка с эпоксидным клеем в соотношении 75 : 25 мас.%, полученную смесь подвергают воздействию внешнего магнитного поля величиной 3 кЭ в течение 5 часов, затем выдерживают без воздействия внешних факторов в течение приблизительно 20 часов до полной полимеризации композита, после чего при помощи тонкого слоя клея закрепляют полученный композит на металлической подложке.

Пример 1. Изготавливают наполнитель путем измельчения гексагонального ферромагнетика Y-типа, полученного по стандартной керамической технологии, до микронных частиц с размерами менее 60 мкм. Предварительно высушенный порошок наполнителя и эпоксидный клей в массовых пропорциях 75:25 % взвешивают на весах с погрешность ±0,5 мг. После этого составные части композита помещают в емкость и тщательно перемешивают в течение 15 минут до однородного состояния, одновременно воздействуя на смесь ультразвуком с применением ультразвукового аппарата УЗТА-0,1/28-О, для увеличения однородности смеси. Полимеризацию полученной смеси производят в установке для текстурирования магнитных диэлектриков постоянным магнитным полем величиной 3 кЭ в тороидальной фторопластовой форме при комнатной температуре (22±2°C) в течение 5 часов. Для текстурирования может быть использовано, например, устройство по патенту на полезную модель № 165067.

После полимеризации готовые образцы представляют собой тороидальную шайбу с внешним диаметром 7 мм, и внутренним диаметром 3,04 мм. После выемки образцов из формы их доводят до плоскопараллельного состояния путем шлифования, добиваясь одинаковой толщины образцов. У исследованных образцов она составляла 3,40 ± 0,02 мм.

Измерение коэффициента отражения проводили измерителем Р2М-18, предназначенным для измерения модуля коэффициента отражения или коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) и модуля коэффициента передачи (ослабления и усиления) в диапазоне частот от 0,01 до 18,00 ГГц. Измерение проведены при использовании коаксиальной ячейки, в которую помещают образец материала, так как в коаксиальной ячейке электромагнитное поле взаимодействует с исследуемым образцом перпендикулярно плоскости образца, так же, как в свободном пространстве.

Значения коэффициента отражения полученного поглощающего материала, сравнивали с коэффициентом отражения материала, приготовленного по той же технологии и с такой же концентрации ферритового порошка, но без воздействия на него внешнего магнитного поля.

На прилагаемых рисунках представлены результаты измерения коэффициентов отражения экспериментальных образцов на основе гексаферрита Y-типа. Результаты исследования характеристик материалов, полученных способом по изобретению (образец 2), и материала того же состава, но без дополнительной обработки (образец 1), приведенные в виде графиков, показывают, что коэффициент отражения образца №1 (фиг. 1) меньше минус 10 дБ в диапазоне частот 6,1 – 12,2 ГГц. Коэффициент отражения образца №2 (фиг. 2) меньше минус 10 дБ в диапазоне частот 4,4 – 12,6 ГГц.

Технический результат: магнитное текстурирование ферромагнетика Y-типа постоянным магнитным полем по предложенному технологически простому способу обеспечивает материал с увеличенной шириной области поглощения при сравнительно невысокой концентрации активной фазы, что позволяет получать радиопоглощающие покрытия с меньшим весом на единицу укрывающей поверхности.

Источники информации

1 Патент RU № 2470967, МПК H01Q 17/00, C09D 5/32, B32B 5/08, B32B 7/12, B82B 3/00, опубл. 27.12.2012.

2 Патент RU № 2502766, МПК G12B 17/02, H05K 9/00, B82B 3/00, опубл. 27.09.2014.

3 Патент RU №2529494. Опубликовано: 27.09.2014.

4 Заявка US20180212333, МПК H01Q 17/00, B32B 38/08, H05K 9/00, опубл. 26.07.2018.

5 Патент RU № 2382804, МПК C09D 5/32; опубл. 27.02.2010.

1. Способ получения радиопоглощающего материала, включающий измельчение оксидного гексагонального ферромагнетика Y-типа до размера менее 60 мкм и последующее смешение порошка с эпоксидным клеем в соотношении, мас.%:

оксидный гексагональный ферромагнетик Y-типа	75
эпоксидный клей	25,

отличающийся тем, что полученную смесь подвергают воздействию внешнего магнитного поля величиной 3 кЭ в течение 5 часов, затем выдерживают без воздействия внешних факторов в течение приблизительно 20 часов до полной полимеризации композита, после чего при помощи тонкого слоя клея закрепляют полученный композит на металлической подложке.

2. Радиопоглощающий материал, характеризующийся тем, что он получен путем полимеризации внешним магнитным полем смеси, содержащей 75 мас.% порошка оксидного гексагонального ферромагнетика Y-типа с размером частиц менее 60 мкм и 25 мас.% эпоксидного клея, и имеет коэффициент отражения электромагнитного излучения в диапазоне частот 4,4 - 12,6 ГГц на уровне ниже минус 10 дБ.