RU2775007C1 - Radar absorbing material - Google Patents
Radar absorbing material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775007C1 RU2775007C1 RU2022107313A RU2022107313A RU2775007C1 RU 2775007 C1 RU2775007 C1 RU 2775007C1 RU 2022107313 A RU2022107313 A RU 2022107313A RU 2022107313 A RU2022107313 A RU 2022107313A RU 2775007 C1 RU2775007 C1 RU 2775007C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio
- bafe
- filler
- magnetic
- entropy
- Prior art date
Links
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L Barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 22
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 abstract description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 8
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N Gallium(III) oxide Chemical compound O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N Tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000529 magnetic ferrite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 241000232219 Platanista Species 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium(0) Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 scandium ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017135 Fe—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011365 complex material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic Effects 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области радиопоглощающих материалов, состав и структура которых обеспечивает эффективное поглощение (при незначительном отражении) электромагнитного излучения в определенном диапазоне длин радиоволн.The present invention relates to the field of radio absorbing materials, the composition and structure of which provides effective absorption (with little reflection) of electromagnetic radiation in a certain range of radio wavelengths.
Изобретение может быть использовано в области радиотехники, для изготовления материалов и покрытий для поглощения электромагнитного излучения радиочастотного диапазона в экранирующих устройствах, в безэховых измерительных камерах, в поглощающих облицовках, а также при разработке СВЧ устройств. The invention can be used in the field of radio engineering, for the manufacture of materials and coatings for absorbing radio frequency electromagnetic radiation in shielding devices, in anechoic measuring chambers, in absorbing linings, and also in the development of microwave devices.
В настоящее время одним из видов радиопоглощающих материалов являются составы, краски, состоящие из полимерного связующего и наполнителя, применяемые для нанесения покрытий, отличающиеся способностью к эффективному поглощению электромагнитного излучения.Currently, one of the types of radio-absorbing materials are compositions, paints, consisting of a polymeric binder and filler, used for coating, characterized by the ability to effectively absorb electromagnetic radiation.
Известен радиопоглощающей материал, описанный в патенте РФ №2482149, МПК C09D 5/32, C09D 109/08, C09D 125/04, C09D 133/02, C09D 133/10, H01Q 17/00, опубл. 20.05.2013 г., который содержит полимерное связующее, наполнитель в виде смеси порошкообразного феррита и карбонильного железа с диаметром частиц сферической формы 10-50 мкм и смеси фуллеренов С-60 и С-70, а также углеродные нанотрубки в виде многослойных распрямленных нанотрубок диаметром от 10 нм до 0,1 мкм и длиной 10-100 мкм, в следующем соотношении, мас.%: Known radar-absorbing material described in the patent of the Russian Federation No. 2482149, IPC C09D 5/32, C09D 109/08, C09D 125/04, C09D 133/02, C09D 133/10, H01Q 17/00, publ. 05/20/2013, which contains a polymer binder, a filler in the form of a mixture of powdered ferrite and carbonyl iron with a spherical particle diameter of 10-50 microns and a mixture of C-60 and C-70 fullerenes, as well as carbon nanotubes in the form of multilayer straightened nanotubes with a diameter from 10 nm to 0.1 µm and a length of 10-100 µm, in the following ratio, wt.%:
К недостаткам данного материала можно отнести отсутствие возможности регулирования спектра поглощения электромагнитного излучения.The disadvantages of this material include the inability to control the absorption spectrum of electromagnetic radiation.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению (прототипом) является композиционный радиопоглощающий материал (патент РФ № 2380867, МПК Н05K 9/00, опубл. 27.01.2010), содержащий порошкообразный наполнитель на основе феррита и полимерное связующее, представляющее собой материал, содержащий смесь бариевого гексагонального феррита, легированного ионами скандия, с дисперсностью от 5 до 50 мкм с добавлением углеродных нанотрубок, при этом компоненты композиционного материала выбраны в следующих соотношениях, в мас.%: The closest in technical essence to the proposed solution (prototype) is a composite radio-absorbing material (RF patent No. 2380867, IPC H05K 9/00, publ. barium hexagonal ferrite doped with scandium ions, with a dispersion of 5 to 50 μm with the addition of carbon nanotubes, while the components of the composite material are selected in the following ratios, in wt.%:
Недостатком известного композиционного радиопоглощающего материала является отсутствие возможности регулирования спектра поглощения электромагнитного излучения. Это является существенным недостатком, поскольку быстрое увеличение разновидностей электронных устройств и расширение спектра видов электромагнитного излучения, так или иначе связанного с работой этих устройств, ставит производителей этих устройств перед необходимостью разработки поглощающих материалов, характеристики которых были бы оптимизированы под конкретные параметры излучения, которые используются в данном конкретном приборе или являются результатом работы данного конкретного прибора. A disadvantage of the known composite radio-absorbing material is the inability to control the absorption spectrum of electromagnetic radiation. This is a significant disadvantage, since the rapid increase in the types of electronic devices and the expansion of the range of types of electromagnetic radiation, one way or another associated with the operation of these devices, makes the manufacturers of these devices face the need to develop absorbing materials whose characteristics would be optimized for specific radiation parameters that are used in this particular device or are the result of the operation of this particular device.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность регулирования спектра поглощения электромагнитного излучения материала и точной настройки его микроволновых магнитных свойств благодаря применению в качестве основы наполнителя порошка высокоэнтропийного материала со структурой гексаферрита М-типа с возможно широкой областью гомогенности. Это позволяет, корректируя количественный состав наполнителя – порошка Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19 (прежде всего, содержание железа в его составе), плавно менять его магнитные и электрофизические характеристики, что приводит к возможности плавного изменения уровня поглощения электромагнитного излучения в диапазоне от 2 до 18 ГГц.The technical result of the invention is the ability to control the absorption spectrum of electromagnetic radiation of the material and fine-tune its microwave magnetic properties due to the use of a high-entropy powder material with an M-type hexaferrite structure with a possibly wide area of homogeneity as the basis of the filler. This allows, by adjusting the quantitative composition of the filler - powder Ba (Fe, Sn, Zn, Ga, Al) 12 O 19 (primarily, the iron content in its composition), to smoothly change its magnetic and electrophysical characteristics, which leads to the possibility of a smooth change in the level absorption of electromagnetic radiation in the range from 2 to 18 GHz.
Технический результат достигается тем, что композиционный радиопоглощающий материал, содержит полимерное связующее, углеродные нанотрубки и порошковый наполнитель, согласно изобретению, в качестве наполнителя выбран высокоэнтропийный материал со структурой гексаферрита М-типа в виде порошка дисперсностью 5-50 мкм, синтезированного при температурах 1300-1400 °С из следующих компонентов, масс%: Fe2O3-10…60; Ga2O3-5…19; Al2O3-3…11; SnO2-9…30; ZnO-5…17; BaCO3-15…17; причем содержание компонентов радиопоглощающего материала составляет, масс.%:The technical result is achieved by the fact that the composite radio-absorbing material contains a polymer binder, carbon nanotubes and a powder filler, according to the invention, a high-entropy material is selected as a filler with the structure of M-type hexaferrite in the form of a powder with a dispersion of 5-50 microns, synthesized at temperatures of 1300-1400 ° C from the following components, wt%: Fe2O3-10…60; Ga2O3-5…19; Al2O3-3…11; SNO2-9…30; ZnO-5…17; BaCO3-15…17; and the content of the components of the radio-absorbing material is, wt.%:
Такого рода материал (высокоэнтропийный материал со структурой гексаферрита М-типа, в данном случае – Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19) был получен в лаборатории ЮУрГУ [Твердофазный синтез высокоэнтропийных кристаллов со структурой гексаферрита М-типа в системах Ba(Fe,Mn,Zr,Ga,Al)12O19, Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19 и (Ba,Sr)(Fe,Ga,In,Al)12O19/B2O3 / Зайцева О.В., Живулин В.Е., Пунда А.Ю., Трофимов Е.А. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия», 2021, Т. 13, № 3, с. 70–78].This kind of material (high-entropy material with M-type hexaferrite structure, in this case Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19) was obtained in the laboratory of SUSU [Solid-phase synthesis of high-entropy crystals with M-type hexaferrite structure in Ba(Fe,Mn,Zr,Ga,Al) systems12O19, Ba(Fe,Sn,Zn,Ga,Al)12O19 and (Ba,Sr)(Fe,Ga,In,Al)12O19/B2O3 / Zaitseva O.V., Zhivulin V.E., Punda A.Yu., Trofimov E.A. // Bulletin of SUSU. Series "Chemistry", 2021, Vol. 13, No. 3, p. 70–78].
Высокоэнтропийные материалы представляют собой однофазные неупорядоченные твердые растворы, содержащие пять и более основных элементов в равных или почти равных молярных концентрациях. Результаты экспериментов, приведенные в многочисленных литературных источниках [High-Entropy Alloys. Fundamentals and Applications / Gao M.C., Yeh J.-W., Liaw P.K., Zhang Y. // Springer, 2016, p. 1-49], показывают, что количество компонентов - 5 и больше позволяет стабилизировать структуру материала за счет ряда эффектов, характерных для высокоэнтропийных материалов.High-entropy materials are single-phase disordered solid solutions containing five or more basic elements in equal or almost equal molar concentrations. Experimental results reported in numerous literature sources [High-Entropy Alloys. Fundamentals and Applications / Gao M.C., Yeh J.-W., Liaw P.K., Zhang Y. // Springer, 2016, p. 1-49], show that the number of components - 5 and more allows to stabilize the structure of the material due to a number of effects characteristic of high-entropy materials.
Выбранное количество порошкообразного высокоэнтропийного материала со структурой гексаферрита М-типа (55-65 масс.% с дисперсностью 5-50 мкм) в качестве основы в составе композиционного радиопоглощающего материала обеспечивает поглощение электромагнитного излучения, основанное на явлении естественного ферромагнитного резонанса. Применение в качестве основы наполнителя из гексаферрита позволяет максимально поглощать электромагнитное излучение, значительно уменьшая отражение от покрытия, благодаря явлению естественного ферромагнитного резонанса. При этом более сложные материалы предоставляют дополнительные возможности как для расширения диапазона достигаемых функциональных свойств, так и для тонкой настройки на конкретную область применения. The selected amount of powdered high-entropy material with an M-type hexaferrite structure (55-65 wt.% with a dispersion of 5-50 μm) as a basis in the composite radio-absorbing material provides absorption of electromagnetic radiation based on the phenomenon of natural ferromagnetic resonance. The use of a hexaferrite filler as a base allows maximum absorption of electromagnetic radiation, significantly reducing reflection from the coating, due to the phenomenon of natural ferromagnetic resonance. At the same time, more complex materials provide additional opportunities both for expanding the range of achievable functional properties and for fine tuning to a specific application.
Благодаря такому подбору состава материала появляется возможность, корректируя количественный состав наполнителя – порошка высокоэнтропийного материала со структурой гексаферрита М-типа (прежде всего, содержание железа в его составе), плавно менять его магнитные и электрофизические характеристики, что приводит к возможности плавного изменения уровня поглощения электромагнитного излучения в диапазоне от 2 до 18 ГГц, добиваясь точного совпадения со значениями, требуемыми изготовителями радиотехнических устройств в данном конкретном случае.Thanks to this selection of the material composition, it becomes possible, by adjusting the quantitative composition of the filler - a powder of a high-entropy material with an M-type hexaferrite structure (primarily, the iron content in its composition), to smoothly change its magnetic and electrophysical characteristics, which leads to the possibility of a smooth change in the level of absorption of electromagnetic emissions in the range from 2 to 18 GHz, achieving an exact match with the values required by the manufacturers of radio devices in this particular case.
Экспериментально установлено, что замещение химических элементов в структуре гексаферрита М-типа BaFe12O19 влияет на его электрические и магнитные свойства. В лабораторных условиях простым керамическим методом при температуре 1350 °С были синтезированы четыре образца, состав которых отображает формула BaFeх(Sn,Zn,Ga,Al)12-хO19 с различным замещением Fe (4,5 ≤ x ≤ 9), где х – индекс в формуле BaFeх(Sn,Zn,Ga,Al)12-хO19.It has been experimentally established that the substitution of chemical elements in the structure of M-type hexaferrite BaFe 12 O 19 affects its electrical and magnetic properties. Four samples were synthesized under laboratory conditions by a simple ceramic method at a temperature of 1350 ° C, the composition of which is displayed by the formula BaFe x (Sn, Zn, Ga, Al) 12-x O 19 with different substitution of Fe (4.5 ≤ x ≤ 9), where x is the index in the formula BaFe x (Sn, Zn, Ga, Al) 12 x O 19 .
Сущность изобретения поясняется с помощью графиков, показанных на Фиг.1,2, где изображено следующее. The essence of the invention is illustrated using the graphs shown in Fig.1,2, which shows the following.
На Фиг.1 показаны полевые зависимости удельной намагниченности образцов BaFeх(Sn,Zn,Ga,Al)12-хO19 при x = 4,5 (а), x = 6 (б), x = 7,5 (в) и x = 9 (г).Figure 1 shows the field dependences of the specific magnetization of samples of BaFe x (Sn, Zn, Ga, Al) 12-x O 19 at x = 4.5 (a), x = 6 (b), x = 7.5 (c ) and x = 9 (d).
На Фиг.2 приведены температурные зависимости удельной намагниченности образцов BaFeх(Sn,Zn,Ga,Al)12-хO19 при x = 4,5 (а), x = 6 (б) и x = 7,5 (в).Figure 2 shows the temperature dependences of the specific magnetization of samples of BaFe x (Sn, Zn, Ga, Al) 12-x O 19 at x = 4.5 (a), x = 6 (b) and x = 7.5 (c ).
Магнитные свойства этих образцов определялись по зависимостям удельной намагниченности от величины внешнего магнитного поля и температуры. Полевые зависимости удельной намагниченности образцов с 4,5≤х≤9 показаны на Фиг. 1. Образцы с x = 4.5 и x = 6 демонстрируют практически парамагнитное поведение. Увеличение магнитного поля до 3 Тл приводит к линейному увеличению удельной намагниченности до 2,4 и 3,3 А⋅м2/кг для x = 4,5 и 6 соответственно. Резкое снижение магнитных характеристик (спонтанная намагниченность, коэрцитивная сила) можно объяснить нарушением магнитной структуры из-за разрыва химических связей Fe – O и ослабления обменных взаимодействий между магнитными ионами Fe.The magnetic properties of these samples were determined from the dependences of the specific magnetization on the magnitude of the external magnetic field and temperature. The field dependences of the specific magnetization of samples with 4.5≤x≤9 are shown in Fig. 1. Samples with x = 4.5 and x = 6 demonstrate almost paramagnetic behavior. An increase in the magnetic field to 3 T leads to a linear increase in the specific magnetization to 2.4 and 3.3 A⋅m 2 /kg for x = 4.5 and 6, respectively. A sharp decrease in the magnetic characteristics (spontaneous magnetization, coercive force) can be explained by a violation of the magnetic structure due to the breaking of Fe–O chemical bonds and weakening of the exchange interactions between magnetic Fe ions.
Температурные зависимости удельной намагниченности образцов с 4,5≤х≤7,5 показаны на фиг. 2. Температура Кюри для образца с x = 4,5 составляет 335 K (Фиг.2а). Для образца с x = 6 (Фиг. 2б) установлено резкое понижение температуры магнитного фазового перехода до 182 K, а для образца с x = 7,5 – дальнейшее повышение до 287 K. Показано, что увеличение содержания компонентов с различным ионным радиусом и структурой электронных орбиталей может существенно изменить магнитную энергию.The temperature dependences of the specific magnetization of samples with 4.5≤x≤7.5 are shown in Fig. 2. The Curie temperature for the sample with x = 4.5 is 335 K (Fig. 2a). For a sample with x = 6 (Fig. 2b), a sharp decrease in the temperature of the magnetic phase transition to 182 K was found, and for a sample with x = 7.5, a further increase to 287 K. It was shown that an increase in the content of components with different ionic radii and the structure of electron orbitals can significantly change magnetic energy.
Экспериментально полученные результаты демонстрируют уменьшение основных магнитных параметров (коэрцитивной силы и спонтанной намагниченности) с уменьшением содержания Fe, что объясняется нарушением магнитной структуры. Наблюдалась нелинейная концентрационная зависимость температуры Кюри с увеличением содержания Fe. Корреляцию между содержанием железа и температурой магнитного перехода можно объяснить особенностями преимущественного распределения компонентов в структуре гексаферрита М-типа. The experimentally obtained results demonstrate a decrease in the main magnetic parameters (coercive force and spontaneous magnetization) with a decrease in the Fe content, which is explained by the violation of the magnetic structure. A non-linear concentration dependence of the Curie temperature with increasing Fe content was observed. The correlation between the iron content and the magnetic transition temperature can be explained by the features of the predominant distribution of components in the M-type hexaferrite structure.
Таким образом, появляется возможность, корректируя количественный состав порошка высокоэнтропийного материала со структурой гексаферрита М-типа (прежде всего, содержание железа в его составе), плавно менять его магнитные и электрофизические характеристики.Thus, it becomes possible, by adjusting the quantitative composition of the powder of a high-entropy material with an M-type hexaferrite structure (primarily, the iron content in its composition), to smoothly change its magnetic and electrophysical characteristics.
Пример конкретного выполнения:An example of a specific implementation:
В лабораторных условиях были изготовлены образцы высокоэнтропийных материалов по стандартной керамической технологии, состав которых отражают формулы BaFe1,7Sn2,575Zn2,575Ga2,575Al2,575O19, BaFe2,4Sn2,4Zn2,4Ga2,4Al2,4O19, BaFe9Sn0,75Zn0,75Ga0,75Al0,75O19. Составы высокоэнтропийных материалов со структурой гексаферрита М-типа представляют собой смесь следующих компонентов в представленных в таблице соотношениях. Under laboratory conditions, samples of high-entropy materials were fabricated using standard ceramic technology, the composition of which is reflected by the formulas BaFe1.7sn2.575Zn2.575Ga2.575Al2.575O19, BaFe2.4sn2.4Zn2.4Ga2.4Al2.4O19, BaFe9sn0.75Zn0.75Ga0.75Al0.75O19. The compositions of high-entropy materials with the M-type hexaferrite structure are a mixture of the following components in the ratios presented in the table.
Синтез образцов осуществлялся следующим образом. Навески реактивов (BaCO3, Fe2O3, SnO2, ZnO, Ga2O3, Al2O3 с квалификацией не ниже, чем «ч.д.а.») в заданных пропорциях предварительно тщательно перемешивались и перетирались в агатовой ступке. Далее шихта спекалась при температуре 1350 °С в течение 5 часов в окислительной атмосфере (на воздухе). Затем обожжённый высокоэнтропийный материал со структурой гексаферрита М-типа дробится и размалывается в шаровой мельнице до получения частиц размером 5-50 мкм. Далее формируется композиционный материал путем механического смешивания компонентов, непосредственно перед нанесением на покрываемую поверхность, в котором в качестве наполнителя используется смесь полученного высокоэнтропийного материала со структурой гексаферрита М-типа (в количестве 55 мас.%) и углеродных нанотрубок (в количестве 1 мас.%), а в качестве связующего – однокомпонентное полиуретановое универсальное связующее (в количестве 40 мас.%).The synthesis of samples was carried out as follows. Samples of reagents (BaCO 3 , Fe 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 with a qualification not lower than “analytical grade”) in predetermined proportions were thoroughly mixed beforehand and ground in agate mortar. Next, the charge was sintered at a temperature of 1350 °C for 5 hours in an oxidizing atmosphere (in air). Then, the calcined high-entropy material with the M-type hexaferrite structure is crushed and ground in a ball mill to obtain particles with a size of 5-50 microns. Next, a composite material is formed by mechanical mixing of the components, immediately before application to the surface to be coated, in which a mixture of the obtained high-entropy material with the M-type hexaferrite structure (in the amount of 55 wt.%) and carbon nanotubes (in the amount of 1 wt.%) is used as a filler. ), and as a binder - a one-component polyurethane universal binder (in an amount of 40 wt.%).
Для сравнения изготавливали образец состава BaSc1,2Fe10,8O19 (прототип - патент РФ № 2380867, МПК Н05K 9/00, опубл. 27.01.2010).For comparison, a sample of the composition BaSc1.2Fe10.8O19 (prototype - RF patent No. 2380867, IPC H05K 9/00, publ. 01/27/2010).
Магнитные свойства образцов исследовали в диапазоне температур 50-350 K и магнитных полях до 3 T. Частотные зависимости поглощения и отражения исследовали волноводным методом с согласованной нагрузкой в диапазоне частот 2-18 ГГц (при комнатной температуре (T = 296 K). The magnetic properties of the samples were studied in the temperature range 50–350 K and magnetic fields up to 3 T. The frequency dependences of absorption and reflection were studied by the waveguide method with a matched load in the
Экспериментально установлено, что все магнитные параметры при Т=350K для образцов BaSc1,2Fe10,8O19 (прототип) и BaFe1,7Sn2,575Zn2,575Ga2,575Al2,575O19, BaFe2,4Sn2,4Zn2,4Ga2,4Al2,4O19, BaFe9Sn0,75Zn0,75Ga0,75Al0,75O19 различаются. Так, удельная намагниченность для образца BaSc1,2Fe10,8O19 (прототип) составила 4,1А⋅м2/кг, а для образцов BaFe1,7Sn2,575Zn2,575Ga2,575Al2,575O19, BaFe2,4Sn2,4Zn2,4Ga2,4Al2,4O19, BaFe9Sn0,75Zn0,75Ga0,75Al0,75O19 – 1,6А⋅м2/кг; 1,9А⋅м2/кг и 29,7А⋅м2/кг соответственно. Температура магнитного фазового перехода (температура Кюри) для образца прототипа составила 364 K, а для образцов BaFe1,7Sn2,575Zn2,575Ga2,575Al2,575O19, BaFe2,4Sn2,4Zn2,4Ga2,4Al2,4O19, BaFe9Sn0,75Zn0,75Ga0,75Al0,75O19 температура Кюри составила соответственно 391 К; 285 К и 415 К.It has been experimentally established that all magnetic parameters at Т=350K for BaSc samples1.2Fe10.8O19(prototype) and BaFe1.7sn2.575Zn2.575Ga2.575Al2.575O19, BaFe2.4sn2.4Zn2.4Ga2.4Al2.4O19, BaFe9sn0.75Zn0.75Ga0.75Al0.75O19differ. Thus, the specific magnetization for the BaSc sample1.2Fe10.8O19(prototype) was 4.1A⋅m2/kg, and for BaFe samples1.7sn2.575Zn2.575Ga2.575Al2.575O19, BaFe2.4sn2.4Zn2.4Ga2.4Al2.4O19, BaFe9sn0.75Zn0.75Ga0.75Al0.75O19– 1.6A⋅m2/kg; 1.9A⋅m2/kg and 29.7A⋅m2/kg, respectively. The temperature of the magnetic phase transition (Curie temperature) for the prototype sample was 364 K, and for the BaFe samples1.7sn2.575Zn2.575Ga2.575Al2.575O19, BaFe2.4sn2.4Zn2.4Ga2.4Al2.4O19, BaFe9sn0.75Zn0.75Ga0.75Al0.75O19the Curie temperature was 391 K, respectively; 285 K and 415 K.
Электрические свойства также продемонстрировали различия для синтезированных образцов. Максимальное значение поглощения электромагнитной энергии у образцов BaFe1,7Sn2,575Zn2,575Ga2,575Al2,575O19, BaFe2,4Sn2,4Zn2,4Ga2,4Al2,4O19, BaFe9Sn0,75Zn0,75Ga0,75Al0,75O19 больше в 1,1–1,4 раза, чем у образца BaSc1,2Fe10,8O19 (прототип). Отражение электромагнитного излучения в диапазоне частот от 2 до 18 ГГц для образца прототипа составило 1,32…1,58 дБ, для образцов BaFe1,7Sn2,575Zn2,575Ga2,575Al2,575O19, BaFe2,4Sn2,4Zn2,4Ga2,4Al2,4O19, BaFe9Sn0,75Zn0,75Ga0,75Al0,75O19 – 0,59…1,24 дБ; 0,98…1,37 дБ и 1,12…2,26 дБ соответственно.The electrical properties also showed differences for the synthesized samples. The maximum value of electromagnetic energy absorption for BaFe samples1.7sn2.575Zn2.575Ga2.575Al2.575O19, BaFe2.4sn2.4Zn2.4Ga2.4Al2.4O19, BaFe9sn0.75Zn0.75Ga0.75Al0.75O191.1–1.4 times more than the BaSc sample1.2Fe10.8O19(prototype). The reflection of electromagnetic radiation in the frequency range from 2 to 18 GHz for the prototype sample was 1.32 ... 1.58 dB, for BaFe samples1.7sn2.575Zn2.575Ga2.575Al2.575O19, BaFe2.4sn2.4Zn2.4Ga2.4Al2.4O19, BaFe9sn0.75Zn0.75Ga0.75Al0.75O19– 0.59…1.24 dB; 0.98 ... 1.37 dB and 1.12 ... 2.26 dB, respectively.
Четко прослеживается влияние замещения химических элементов на магнитные и электрофизические характеристики образцов.The influence of the substitution of chemical elements on the magnetic and electrophysical characteristics of the samples is clearly traced.
Таким образом, предлагаемый состав наполнителя радиопоглощающего материала предоставляет возможность, корректируя количественный состав наполнителя – порошка высокоэнтропийного материала со структурой гексаферрита М-типа (прежде всего, содержание железа в его составе), плавно менять его магнитные и электрофизические характеристики, в зависимости от необходимого значения уровня или мощности отражаемой/поглощаемой электромагнитной волны. Thus, the proposed composition of the filler of the radio-absorbing material makes it possible, by adjusting the quantitative composition of the filler - a powder of a high-entropy material with an M-type hexaferrite structure (primarily, the iron content in its composition), to smoothly change its magnetic and electrophysical characteristics, depending on the required level value or the power of the reflected/absorbed electromagnetic wave.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775007C1 true RU2775007C1 (en) | 2022-06-27 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2247760C1 (en) * | 2004-03-19 | 2005-03-10 | Николаев Алексей Анатольевич | Composition for absorption of electromagnetic emission and a method for preparation thereof |
| RU2382804C1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ТГУ) | Method of making radar absorbent material and radar absorbent material made using said method |
| RU2482149C1 (en) * | 2011-11-10 | 2013-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Radar-absorbing material |
| CN103205192A (en) * | 2013-04-18 | 2013-07-17 | 南昌航空大学 | Photocuring microwave absorbing coating with barium ferrite doped with polypyrrole as wave absorber |
| RU2651343C1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-04-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of the substituted barium hexaferrite based absorbing material production |
| RU2657018C1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-06-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Absorber electromagnetic waves of the gigahertz range |
| US10461436B2 (en) * | 2015-12-11 | 2019-10-29 | Skyworks Solutions, Inc. | Enhanced magnetic loss y-phase hexagonal ferrite for magnetodielectric antenna applications |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2247760C1 (en) * | 2004-03-19 | 2005-03-10 | Николаев Алексей Анатольевич | Composition for absorption of electromagnetic emission and a method for preparation thereof |
| RU2382804C1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ТГУ) | Method of making radar absorbent material and radar absorbent material made using said method |
| RU2482149C1 (en) * | 2011-11-10 | 2013-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Radar-absorbing material |
| CN103205192A (en) * | 2013-04-18 | 2013-07-17 | 南昌航空大学 | Photocuring microwave absorbing coating with barium ferrite doped with polypyrrole as wave absorber |
| US10461436B2 (en) * | 2015-12-11 | 2019-10-29 | Skyworks Solutions, Inc. | Enhanced magnetic loss y-phase hexagonal ferrite for magnetodielectric antenna applications |
| RU2651343C1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-04-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of the substituted barium hexaferrite based absorbing material production |
| RU2657018C1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-06-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Absorber electromagnetic waves of the gigahertz range |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Salem et al. | Structural, electric and magnetic properties of (BaFe11. 9Al0. 1O19) 1-x-(BaTiO3) x composites | |
| Zhang et al. | Effect of Nd–Co substitution on magnetic and microwave absorption properties of SrFe12O19 hexaferrites | |
| Narang et al. | Broad-band microwave absorption and magnetic properties of M-type Ba (1− 2x) LaxNaxFe10Co0. 5TiMn0. 5O19 hexagonal ferrite in 18.0–26.5 GHz frequency range | |
| Pratap et al. | Effect of zinc substitution on U-type barium hexaferrite-epoxy composites as designed for microwave absorbing applications | |
| Ramezanzaeh et al. | Electromagnetic wave reflection loss and magnetic properties of M-type SrFe12− x (Mn0. 5Sn0. 5) xO19 hexagonal ferrite nanoparticles in the Ku microwave band | |
| Yan et al. | Effects of Co2O3 on electromagnetic properties of NiCuZn ferrites | |
| Kim et al. | Electromagnetic wave absorbing properties of SrFe12-2xCoxTixO19 hexaferrite–CNT–epoxy composites | |
| Gulbadan et al. | Investigation of crystal structure, photoluminescence, and Raman studies of Sm–Co substituted Ba–Sr M-type hexaferrites | |
| US5593612A (en) | U, W, X, Y and Z-type ferrites | |
| Mohammed et al. | Influence of Mn2+-substitution on the structural, morphological and magnetic properties of Co2Y strontium hexaferrites | |
| Kaur et al. | Influence of Co-In doping in M-type barium–strontium hexagonal ferrite on microwave absorption | |
| Naiden et al. | Magnetic properties and microstructure of SHS-produced Co-containing hexaferrites of the Me 2 W system | |
| RU2775007C1 (en) | Radar absorbing material | |
| Taryana et al. | Structural, Magnetic and Microwave Absorption Characteristics of Ba1-xLaxFe12O19 (x= 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.5; 0.7) | |
| Gunanto et al. | The effect of Zn-dopant on the anisotropy constant and reflection loss of the Ba0. 6Sr0. 4Fe10-xZnxMnTiO19 (x= 0.1, 0.3, and 0.5) | |
| Rusly et al. | Effects of crystalline phase formation of multiferroic BiFeO 3 on microwave absorption characteristics | |
| Bezdicka et al. | Mössbauer characteristics of the Sr2CoFe6 perovskite obtained by electrochemical oxidation | |
| Xing et al. | Microwave‐absorbing properties of strontium ferrites prepared via sol‐gel method | |
| Arora et al. | Investigation of Magnetic and Microwave Absorption Properties of Ba (1− 2 x) La x Na x Fe 10 CoTiO 19 Hexaferrites in 18.0–26.5 GHz Band | |
| Kaur et al. | Effect of precursors on the structural, magnetic, dielectric, microwave and electromagnetic properties of Co–Zr doped nanocrystalline strontium hexaferrites synthesized via sol–gel method | |
| Arora et al. | Enhanced microwave absorption properties of doped M-type barium hexagonal ferrites in Ka-band frequencies | |
| Yin et al. | Study of the microstructure and microwave magnetic characteristics of Ti-doped Li–Zn ferrite | |
| Xie et al. | Low-firing Li 0.42 Zn 0.27 Ti 0.11 Mn 0.1 Fe 2.1 O 4 ceramics modified with V 2 O 5–ZnO–B 2 O 3 glass addition for microwave device application | |
| Janu et al. | Tuning of electromagnetic properties in Ba (MnZn) xCo2 (1-x) Fe16O27/NBR flexible composites for wide band microwave absorption in 6–18 GHz | |
| Trukhanov et al. | Mössbauer Studies and the Microwave Properties of Al 3+-and In 3+-Substituted Barium Hexaferrites |