RU2380867C1 - Composite radar absorbent material - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: available composite radar absorbent material, which contains powdery ferrite and polymer binder, additionally contains carbon nanotubes, and ferrite powder itself is selected as base in the form of barium hexagonal ferrite alloyed with scandium ions, with dispersion from 5 to 50 mcm, besides components of composite material are selected with the following ratios, in wt %: polymer binder 29.40-39.96, ferrite 58.80-69.93, carbon nanotubes 0.1-2. Effect from addition of carbon nanotubes into material composition becomes evident if number of added nanotubes exceeds 0.1 wt %. Application of nanotubes in amount of more than 2 wt % results in increased viscosity of material, which deteriorates its technological properties. Selected number of powdery ferrite with hexagonal structure as base in composition of composite radar absorbent material provides for absorption of electromagnetic radiation based on event of natural ferromagnetic resonance.

EFFECT: improved absorption of electromagnetic radiation in composite material with preservation of the same values of electromagnetic radiation reflection.

2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам для защиты от электромагнитных полей радиочастотного диапазона.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to means for protection against electromagnetic fields of the radio frequency range.

Известен композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения (см. патент RU 2324989, G12В 17/02, опубл. 20.05.2008 г.), который состоит из полимерной основы, с распределенными в ней частицами аморфного магнитомягкого сплава Fe-Cu-Nb-Si-B или Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой, а также нанокристаллами соединения α-(Fe, Si) или ε-Co объемной плотностью (0,6÷1,4)-10^-5 1/нм³. Высокая магнитная проницаемость, достигаемая применением аморфного магнитомягкого металлического сплава с нанокристаллической структурой, повышает эффективность экранирования электромагнитных полей, что позволяет снизить толщину и уменьшить массогабаритные характеристики композиционного материала и, как следствие, обеспечить эффективную защиту от электромагнитного излучения.Known composite material for protection against electromagnetic radiation (see patent RU 2324989, G12B 17/02, publ. 05.20.2008), which consists of a polymer base, with particles of an amorphous magnetically soft alloy Fe-Cu-Nb-Si distributed in it -B or Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B with a nanocrystalline structure, as well as nanocrystals of the compound α- (Fe, Si) or ε-Co with a bulk density of (0.6 ÷ 1.4) -10 ^-5 1 / nm ³ . The high magnetic permeability achieved by the use of an amorphous soft magnetic metal alloy with a nanocrystalline structure increases the efficiency of shielding of electromagnetic fields, which allows to reduce the thickness and reduce the weight and size characteristics of the composite material and, as a result, provide effective protection against electromagnetic radiation.

Однако магнитомягкий металлического сплав создает высокое отражение электромагнитного излучения из-за сильного рассогласования волновых сопротивлений среды и покрытия.However, the soft magnetic metal alloy creates a high reflection of electromagnetic radiation due to the strong mismatch of the wave impedances of the medium and the coating.

Известна также полезная модель СВЧ-печи, описанная в свидетельстве RU 10317, МПК Н05В 6/64, 1999 г., где используются гиромагнитные композиционные пленки, расположенные на внутренних поверхностях волновода, на защищающей заслонке и на уплотняющем канте со стороны крепления дверцы к корпусу, выполненные из термостойкого диэлектрического связующего материала, прозрачного на рабочей частоте СВЧ-генератора, и наполнителя из смеси порошков легированных гексаферритов с различными частотами естественного ферромагнитного резонанса, близкими к частотам высших гармоник СВЧ-генератора. Использование смеси порошков гексаферритов обладающих различными частотами естественного ферромагнитного резонанса, близкими к частотам высших типов гармоник СВЧ-генератора, позволило устранить паразитное изучение. Применение наполнителя из гексаферритов обеспечивает согласование среды с покрытием и позволяет максимально поглощать электромагнитное излучение, значительно уменьшая отражение от покрытия.A useful model of a microwave oven is also known, which is described in certificate RU 10317, IPC Н05В 6/64, 1999, which uses gyromagnetic composite films located on the inner surfaces of the waveguide, on the protective flap and on the sealing edge from the side of the door to the housing, made of a heat-resistant dielectric binder material, transparent at the operating frequency of the microwave generator, and a filler from a mixture of doped hexaferrite powders with different frequencies of natural ferromagnetic resonance close to frequencies Am of the highest harmonics of the microwave generator. The use of a mixture of hexaferrite powders with different frequencies of natural ferromagnetic resonance close to the frequencies of higher types of harmonics of the microwave generator eliminated the parasitic study. The use of a hexaferrite filler ensures coordination of the medium with the coating and allows maximum absorption of electromagnetic radiation, significantly reducing the reflection from the coating.

Поэтому недостатком материала является снижение поглощения электромагнитного излучения при увеличении количества легированных гексаферритов с различными частотами ферромагнитного резонанса. При этом уменьшение массовой доли порошка определенного состава в общей массе наполнителя приводит к снижению поглощения материала.Therefore, the disadvantage of the material is a decrease in the absorption of electromagnetic radiation with an increase in the number of doped hexaferrites with different frequencies of ferromagnetic resonance. In this case, a decrease in the mass fraction of powder of a certain composition in the total mass of the filler leads to a decrease in the absorption of the material.

Наиболее близким по технической сущности к изобретения является композиционный радиопоглощающй материал, описанный в патенте RU 2005132246, МПК H01Q 17/00, опубл. 27.02.2006 г., который содержит полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, представляющий собой смесь карбонильного железа, феррита и фуллерена в следующем соотношении, мас.%:The closest in technical essence to the invention is a composite radar absorbing material described in patent RU 2005132246, IPC H01Q 17/00, publ. 02/27/2006, which contains a polymeric binder and a powdery filler, which is a mixture of carbonyl iron, ferrite and fullerene in the following ratio, wt.%:

Полимерное связующееPolymer binder 40-6040-60 ФерритFerrite 9-69-6 Карбонильное железоCarbonyl iron 42-2842-28 ФуллеренFulleren 9-69-6

Этот материал характеризуется повышенным поглощением электромагнитного излучения за счет сочетания в наполнителе феррита и проводящих (полупроводящих) частиц.This material is characterized by increased absorption of electromagnetic radiation due to the combination of ferrite and conducting (semiconducting) particles in the filler.

Недостатком такого материала являются высокие значения отражения электромагнитного излучения от границы раздела среда-покрытие.The disadvantage of this material is the high reflection values of electromagnetic radiation from the interface between the environment and the coating.

Технической задачей изобретения является увеличение поглощения электромагнитного излучения в композиционном материале при сохранении тех же значений отражения электромагнитного излучения.An object of the invention is to increase the absorption of electromagnetic radiation in a composite material while maintaining the same reflection values of electromagnetic radiation.

Этот технический результат достигается тем, что в известном композиционном радиопоглощающем материале, содержащим порошкообразный феррит и полимерное связующее, дополнительно введены углеродные нанотрубки, а сам ферритовый порошок выбран в качестве основы с дисперсностью от 5 до 50 мкм, при этом компоненты композиционного материала выбраны в следующих соотношениях, мас.%:This technical result is achieved in that in the known composite radar absorbing material containing powdered ferrite and a polymer binder, carbon nanotubes are additionally introduced, and the ferrite powder itself is selected as the base with a dispersion of 5 to 50 μm, while the components of the composite material are selected in the following ratios , wt.%:

Полимерное связующееPolymer binder 29,40-39,9629.40-39.96 ФерритFerrite 69,93-58,8069.93-58.80 Углеродные нанотрубкиCarbon nanotubes 2-0,12-0.1

Дополнительно ферритовый порошок наполнителя может быть выбран с гексагональной структурой.Additionally, the ferrite filler powder may be selected with a hexagonal structure.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведены частотные зависимости поглощения в композиционных материалах с добавлением нанотрубок, где знаком (+) обозначены точки, соответствующие добавке 0,1 мас.% нанотрубок, (■) - 0,5 мас.% нанотрубок, (♦) - 1,0 мас.% нанотрубок, (х) - 2,0 мас.% нанотрубок и (▲) - без добавления нанотрубок, на фиг.2 изображены частотные зависимости отражения в тех же композиционных материалах.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the frequency dependences of absorption in composite materials with the addition of nanotubes, where the signs (+) indicate the points corresponding to the addition of 0.1 wt.% Nanotubes, (■) 0.5 wt.% Nanotubes , (♦) - 1.0 wt.% Nanotubes, (x) - 2.0 wt.% Nanotubes and (▲) - without adding nanotubes, figure 2 shows the frequency dependence of reflection in the same composite materials.

Экспериментально установлено, что эффект от добавления в состав радиопоглощающего композиционного материала углеродных нанотрубок становится значимым при количестве в водимых нанотрубок от 0,1 мас.%. Использование нанотрубок в количестве более 2 мас.% приводит к увеличению вязкости материала, что ухудшает его технологические свойства.It was experimentally established that the effect of adding carbon nanotubes to the composition of the radar absorbing composite material becomes significant when the number of nanotubes in the nanotubes is from 0.1 wt.%. The use of nanotubes in an amount of more than 2 wt.% Leads to an increase in the viscosity of the material, which affects its technological properties.

Выбранное количество порошкообразного феррита с гексагональной структурой в качестве основы в составе композиционного радиопоглощающего материала обеспечивает поглощение электромагнитного излучения, основанное на явлении естественного ферромагнитного резонанса.The selected amount of powdered ferrite with a hexagonal structure as a base in the composition of the composite radar absorbing material provides absorption of electromagnetic radiation based on the phenomenon of natural ferromagnetic resonance.

Пример конкретного выполнения: в лабораторных условиях были изготовлены восемь различных составов композиционного материала, в которых в качестве наполнителя использовалась смесь бариевого гексагонального феррита, легированного ионами скандия, состава BaSc_1,2Fe_10,8O₁₉ и углеродных нанотрубок в количестве 0; 0,1; 0,5; 1,0 и 2,0 мас.%. Ферриты изготавливались по керамической технологии при температуре обжига 1360°С в течение 6 часов. Обожженный феррит дробился и размалывался в шаровой мельнице до получения частиц с размерами от 5 до 50 мкм. Измерения отражения и поглощения электромагнитного излучения материалом выполнялись волноводным методом с согласованной нагрузкой. Из композиционного материала формировались образцы для измерений размером 10×23×10 мм, соответствующие стандартному сечению волновода. Соотношение компонентов в полученных композиционных материалах, а также результаты испытаний приведены в таблице.An example of a specific implementation: in the laboratory, eight different compositions of the composite material were made in which a filler was used a mixture of barium hexagonal ferrite doped with scandium ions, BaSc _1.2 Fe _10.8 O ₁₉ and carbon nanotubes in an amount of 0; 0.1; 0.5; 1.0 and 2.0 wt.%. Ferrites were made using ceramic technology at a firing temperature of 1360 ° C for 6 hours. The calcined ferrite was crushed and ground in a ball mill to obtain particles with sizes from 5 to 50 microns. Measurements of the reflection and absorption of electromagnetic radiation by the material were carried out by the waveguide method with a matched load. Samples for measurements of 10 × 23 × 10 mm in size corresponding to the standard section of the waveguide were formed from the composite material. The ratio of components in the obtained composite materials, as well as the test results are shown in the table.

Экспериментально полученные результаты сведены в таблицу, из которой видно, что введение в композит углеродных нанотрубок в количестве 2 мас.% позволяет увеличить максимальное значение поглощения электромагнитного излучения в 30 раз (28 дБ). При этом диапазон частот, при котором значение поглощения составляет половину от максимального значения, увеличивается в 2 раза. Отражение электромагнитного излучения для композита с содержанием 2 мас.% углеродных нанотрубок в диапазоне частот от 8 до 26 ГГц возрастает незначительно (в 1,2 раза) и составляет 1,67 дБ.The experimentally obtained results are summarized in a table, from which it can be seen that the introduction of 2 wt.% Carbon nanotubes into the composite allows to increase the maximum value of the absorption of electromagnetic radiation by 30 times (28 dB). In this case, the frequency range at which the absorption value is half of the maximum value increases by 2 times. The reflection of electromagnetic radiation for a composite containing 2 wt.% Carbon nanotubes in the frequency range from 8 to 26 GHz increases slightly (1.2 times) and amounts to 1.67 dB.

№No. Связующее, мас.%Binder, wt.% Феррит, мас.%Ferrite, wt.% Углеродные нанотрубки, мас.%Carbon nanotubes, wt.% Максимальное поглощение, дБMaximum absorption, dB Диапазон поглощаемых частот, ГГцRange of absorbed frequencies, GHz Отражение, дБReflection, dB 1one 40,0040.00 60,0060.00 00 7,57.5 1010 1,171.17 22 39,9639.96 59,9459.94 0,10.1 9,19.1 11,511.5 1,251.25 33 39,2039.20 58,8058.80 2,02.0 22,522.5 >18> 18 2,222.22 4four 30,0030.00 70,0070.00 00 12,812.8 1010 0,920.92 55 29,9729.97 69,9369.93 0,10.1 13,213,2 10,510.5 0,840.84 66 29,8529.85 69,6569.65 0,50.5 17,917.9 1313 1,091.09 77 29,7029.70 69,3069.30 1,01,0 25,825.8 >18> 18 1,261.26 88 29,4029.40 68,6068.60 2,02.0 28,628.6 >18> 18 1,671,67

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить поглощение электромагнитного излучения в композиционном материале, снизить толщины и уменьшить массогабаритные характеристики композиционного радиопоглощающего материала.The use of the invention allows to increase the absorption of electromagnetic radiation in a composite material, reduce thickness and reduce the overall dimensions of the composite radar absorbing material.

Claims (1)

Композиционный радиопоглощающий материал, содержащий порошкообразный наполнитель на основе феррита и полимерное связующее, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного наполнителя выбран материал, содержащий смесь бариевого гексагонального феррита, легированного ионами скандия, с дисперсностью от 5 до 50 мкм с добавлением углеродных нанотрубок, при следующем содержании компонентов, мас.%:
бариевый гексагональный феррит,   легированный ионами скандия 58,80-69,93 углеродные нанотрубки 0,1-2 полимерное связующее 29,40-39,96 A composite radar absorbing material containing a ferrite-based powder filler and a polymer binder, characterized in that a material containing a mixture of barium hexagonal ferrite doped with scandium with a dispersion of 5 to 50 μm with the addition of carbon nanotubes is selected as the powder filler, with the following content components, wt.%:
barium hexagonal ferrite, doped with scandium 58.80-69.93 carbon nanotubes 0.1-2 polymer binder 29.40-39.96

Images