Способ формирования радиопоглощающего покрытия

Изобретение относится к технологии изготовления и применения композиционных материалов, состав и структура которых обеспечивает эффективное поглощение электромагнитной энергии в определенном диапазоне длин радиоволн.

Известно [1] «Радиопоглощающее покрытие» по патенту РФ на изобретение №2370866, включающее основу по меньшей мере из двух слоев переплетенных рядов нитей, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного материала, при этом направление переплетенных рядов нитей одного слоя тканого материала составляет с направлением переплетенных рядов нитей смежного слоя угол 60…120°, а содержание частиц ферромагнитного материала составляет от 5 мас.% в пленке, нанесенной на наружный слой переплетенных рядов нитей, до 85 мас.% в пленке, нанесенной на слой переплетенных рядов нитей, прилегающий к защищаемой поверхности.

Недостатком известного радиопоглощающего покрытия [1] является низкая однородность в каждом отдельном слое радиопоглощающего покрытия, вызванная сложностью равномерного распределения частиц ферромагнитного материала в пленке из гидрогенизированного углерода, полученной вакуумным распылением.

Известен радиопоглощающий материал [2], предназначенный для экранирования электромагнитного излучения при создании средств радиоэлектронной аппаратуры. Заявлен технический результат повышения радиопоглощающих свойств материала как электрической, так и магнитной составляющей электромагнитного излучения радиоволнового диапазона. Повышение радиопоглощающих свойств материала достигается за счет ввода в полимерный диэлектрический материал, содержащий микрогранулы, матрицы которых являются прозрачными для излучения радиоволнового диапазона, веществ, поглощающих электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения, в составе микрогранул, при этом каждый вид микрогранул содержит только одно радиопоглощающее вещество, выбранное из группы, содержащей феррит, медь, фуллерен, равномерно распределенное во всем объеме материала в форме нанокластеров.

Недостатком известного материала [2] является высокая сложность и стоимость изготовления, а также недостаточная механическая прочность.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является «Радиопоглощающий материал и способ его приготовления» [3] по патенту РФ на изобретение №2107705.

Радиопоглощающий материал содержит полимерное связующее на основе латекса и магнитный наполнитель - порошкообразный феррит или железо, при этом в качестве полимерного связующего на основе латекса использован синтетический клей «Элатон» при следующем соотношении компонентов: синтетический клей «Элатон» - 80…20 мас.%, порошкообразный феррит или железо - 20…80 мас.%. Способ приготовления радиопоглощающего материала включает последовательную загрузку в смеситель полимерного связующего на основе латекса и магнитного наполнителя - порошкообразного феррита или железа, их перемешивание вращающимся приспособлением, при этом в качестве полимерного связующего на основе латекса использован синтетический клей «Элатон» при следующем соотношении компонентов: синтетический клей «Элатон» - 80…20 мас.%, порошкообразный феррит или железо - 20…80 мас.%, перемешивание компонентов осуществляют в течение 7…15 мин, при этом перемешивающее приспособление поочередно вращают в противоположных направлениях в течение 50…60 с.

Недостатком прототипа [3] является низкое поглощение в тонких слоях, необходимость нанесения большой толщины покрытия для получения высокого поглощения в диапазоне длин волн более 2 мм. В частности, для длины волны 3 см толщина покрытия должна быть не менее 1 мм.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение эффективности радиопоглощающего покрытия при минимизации толщины, количества слоев и сложности реализации.

Высокое поглощение в сочетании с низкой толщиной покрытия является важным при применении покрытий в объектах, где массогабаритные характеристики являются первостепенными. В частности, к таким объектам относятся летательные аппараты, микроэлектронные СВЧ-устройства.

Технический результат достигается тем, что в известном способе приготовления поглощающего материала, включающем последовательную загрузку в смеситель полимерного связующего и магнитного наполнителя, их перемешивание вращающимся приспособлением, в качестве магнитного наполнителя используют смесь порошкообразного феррита или железа и гранул феррита, имеющих оскольчатую форму, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полимерное связующие - 60-40;

порошкообразный феррит или железо - 20-30;

оскольчатые гранулы феррита - 20-30.

Перемешивание компонентов осуществляют в течение определенного времени, зависящего от густоты используемого полимерного связующего, при этом перемешивающее приспособление поочередно вращают в противоположных направлениях.

Оскольчатые гранулы феррита получают путем механического дробления цельных кусков феррита. Средний размер гранул в длину составляет 100…300 мкм, в ширину 50…100 мкм.

Полученную жидкую смесь наносят на защищаемую поверхность 1 на фиг. 1 в один-два слоя и послойно просушивают. Полученное радиопоглощающие покрытие, в отличие от однородных радиопоглощающих покрытий, будет иметь повышенный уровень поглощения электромагнитных волн за счет возникновения внутренних переотражений от осколчатых гранул феррита - 2 и, соответственно, увеличения пути прохождения электромагнитной энергии в поглощающей среде - 3. (на фиг. 1 путь прохождения волны через предлагаемое покрытие - l₁ и покрытие имеющее однородную структуру - l₂, _{различны, при этом очевидным является то, что для большинства практических случаев l1>l2). При необходимости внешнюю поверхность после сушки грунтуют и(или) покрывают защитным лакокрасочным покрытием - 4.}

Пример. В качестве полимерного связующего применяли клей «Titan Wild», разведенный для более лучшего смешивания с растворителем (в предлагаемом способе химический состав полимерного связующего не играет принципиального значения, так как не оказывает существенного воздействия на степень поглощения электромагнитного излучения). В качестве порошкового наполнителя использовали карбонильное железо марки Р-10. Оскольчатые гранулы ферритового наполнителя (состава 96,0% феррит-граната Y₃Fe₅O₁₂ + 4,0% оксида железа Fe₂O₃) были получены путем натирания цельного куска феррита на наждаке марки ЭТ-500 (дробление феррита возможно и другими доступными способами). В составе смеси использовали 40 мас.% полимерного связующего на основе клея «Titan Wild», 30 мас.% карбонильного железа и 30 мас.% оскольчатых гранул феррита.

После перемешивания полученный состав был нанесен на металлическую поверхность размером 200×200 мм с толщиной радиопоглощающего слоя 0,5 мм и высушен при температуре 25°С.

Для сравнения был приготовлен второй состав, состоящий из 40 мас.% клея «Titan Wild» и 60 мас.% карбонильного железа, который аналогичным образом был нанесен на другую металлическую поверхность такого же размера.

Проверка эффективности радиопоглощающего покрытия проводилась путем облучения тестируемого образца и контрольного образца покрытия, выполненного по известной технологии, рупорным облучателем, на который подавались электромагнитные колебания длиной волны в диапазоне от 2,9 см до 5,3 см с СВЧ генератора (Г4-83, Г4-82, Г4-81). Потеряв часть энергии, поглощенной материалом, радиосигнал отражался и принимался приемной рупорной антенной и поступал на детектор, где вырабатывался сигнал, пропорциональный мощности принятого СВЧ сигнала. Сравнение мощности отраженных сигналов от тестируемого и контрольного образцов показало, что эффективность полученного предлагаемым способом радиопоглощающего покрытия в среднем на 16-19% выше, чем у покрытия, приготовленного по известной технологии (во всем исследуемом дипазоне длин волн). В примере измерения проводились в 10-ти точках поверхности контролируемого слоя композиции и определялась дисперсия поглощенной мощности, которая составила не более 2,5%, что свидетельствовало о высокой степени однородности композиции.