Эластомер - поглотитель электромагнитных волн

Изобретение относится к области высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) поглощающих электромагнитных (ЭМ) волн, герметизирующих эластомерных материалов и применяется в различных радиотехнических, электротехнических устройствах в качестве поглотителей электромагнитных волн, уплотнителей, элементов экранировки и защиты от электромагнитных помех. Эластомер - поглотитель электромагнитных волн состоит из связующего компонента маслобензостойкого, морозостойкого типа силикона или маслобензостойкого, морозостойкого тип фторсиликона, содержащего в качестве поглощающего ЭМ волны наполнителя сферические мелкодисперсные частицы с размерами от 1 до 100 микрон из магнитомягких аморфных, нанокристаллических сплавов на основе железа, кобальта и углеродное микроволокно. Изобретение позволяет создавать материал с повышенной поглощающей ЭМ волны способностью, повышенной стабильностью механических параметров при температурных и механических воздействиях. 6 ил.

 

Область применения

Изобретение относится к области высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) поглощающих электромагнитные (ЭМ) волны, герметизирующих эластомерных материалов, и применяется в различных радиотехнических, электротехнических устройствах в качестве поглотителей электромагнитных волн, уплотнителей, элементов экранировки и защиты от электромагнитных помех.

Уровень техники

Известна серия материалов ECCOSORB фирмы «Laird Technologies» (https://www.laird.com/products/absorbers/microwave-absorbing-elastomers-and-films), материалов CHO-MUTE фирмы «Parker Hannifin Corporation» (https://ph.parker.com/ru/ru/microwave-absorber-materials), материалов серии 5780 фирмы Holland Shielding Systems BV https://hollandshielding.com/High-frequency-absorber-sheets), выполненных на основе силикона с применением в качестве поглощающего наполнителя мелкодисперсных частиц магнитомягких металлических сплавов на основе железа.

Ближайшими, к заявляемому изобретению по наибольшему числу существенных признаков, являются материалы серии ECCOSORB фирмы «Laird Technologies», имеющих диапазон температур эксплуатации от минус 50 до плюс 160 градусов Цельсия, в которых в качестве основы используется силикон, а роль поглощающего наполнителя выполняют мелкодисперсные микрочастицы из магнитомягких металлических сплавов на основе железа.

К основным недостаткам вышеописанных технических решений можно отнести низкую стабильность механических параметров: жесткость, прочность, упругость, при изменении температуры материала в рабочем диапазоне; относительно низкое значение максимальной рабочей температуры - 160 градусов Цельсия; относительно низкую поглотительную способность (поглощение) ЭМ волн ВЧ и СВЧ диапазонов.

Техническим результатом заявляемого изобретения, является создание материала с повышенной поглощающей ЭМ волны способностью, повышенной стабильностью механических параметров при температурных и механических воздействиях.

Технический результат достигается за счет того, что эластомер - поглотитель электромагнитных волн (поглотитель), состоящий из связующего компонента на основе силикона, или фторсиликона, или этилен-пропиленового сополимера, содержащего в качестве поглощающего ЭМ волны наполнителя мелкодисперсных микрочастиц из магнитомягких металлических сплавов на основе железа, согласно предложенному решению, в качестве связующего компонента используется маслобензостойкий, морозостойкий тип силикона или маслобензостойкий, морозостойкий тип фторсиликона, а в качестве поглощающего ЭМ волны наполнителя внесены сферические мелкодисперсные частицы с размерами от 1 до 100 микрон из магнитомягких аморфных, нанокристаллических сплавов на основе железа, кобальта и углеродное микроволокно.

Главным техническим параметром, характеризующим степень поглощения ЭМ волн заявленного поглотителя, является частотная зависимость коэффициента отражения плоской ЭМ волны ВЧ и СВЧ диапазонов от его поверхности, главным образом определяемый согласованием волновых сопротивлений сред - свободного пространства (в большинстве случаев) и материала, в которых распространяется ЭМ волна. Волновое сопротивление (ВС) свободного пространства определяется следующим соотношением:

где - магнитная и диэлектрическая проницаемости вакуума.

Частотная зависимость волнового сопротивления материала определяется следующим соотношением:

где - комплексные частотно-зависимые относительные магнитная и диэлектрическая проницаемости, из отношения мнимой и реальной части которых, рассчитываются величины, характеризующие магнитные и диэлектрические потери энергии ЭМ волны, распространяющейся в материале:

- тангенсы магнитных и диэлектрических потерь.

В случае идеального согласования, ВС согласуемых сред должны быть равны - , что не реализуемо на практике. Как правило, для плоских геометрий (в виде листов или пластин) поглотителей это условие выполняется в относительно узком диапазоне частот, в виде пиков поглощения, совпадающих с «провалами» коэффициента отражения.

На фигурах 1 и 2 представлены вычисленные (с помощью итеративного NIST-метода) частотные зависимости комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей и тангенсов диэлектрических и магнитных потерь материала-прототипа и заявляемого материала. На фигуре 3 представлены частотные зависимости ослабления ЭМ волны материала прототипа и заявляемого материала. На фигуре 4 представлены частотные зависимости модуля коэффициента отражения плоской ЭМ волны от материала-прототипа толщиной 3 мм и заявляемого материала толщиной 2,5 мм, размещенных на плоской металлической поверхности, поясняющие технический результат, заявленного изобретения, заключающийся в том, что при использовании маслобензостойкого, морозостойкого силикона или маслобензостойкого, морозостойкого фторсиликона в качестве основы материала, а также добавление в состав углеродного микроволокна повышается стабильность механических параметров при температурных и механических воздействиях, значительно увеличиваются значения относительной диэлектрической проницаемости фиг. 1,а и тангенса диэлектрических потерь фиг. 2,а. Кроме того, добавление в материал сферических мелкодисперсных частиц с размерами от 1 до 100 микрон из магнитомягких аморфных и нанокристаллических сплавов на основе кобальта и углеродного микроволокна в качестве поглотителя, также уменьшает значение относительной магнитной проницаемости фиг. 1,б и увеличивает значение тангенса магнитных потерь фиг.2,б, что в соответствии с формулой (2), указывает на то, что при сравнении значений ВС одинаковых образцов материала-прототипа и заявляемого материала, ВС последнего будет иметь большее значение. С практической точки зрения, это говорит о том, что плоский лист (пластина) (наиболее часто используемая форма поглотительных материалов), заявляемого материала обладает меньшими габаритными размерами (в частности, толщиной), при большей поглощающей ЭМ волны способности фиг. 3, 4.

Эластомер – поглотитель электромагнитных волн, состоящий из связующего компонента на основе силикона, или фторсиликона, отличающийся тем, что в качестве связующего компонента используется маслобензостойкий, морозостойкий силикон или маслобензостойкий, морозостойкий фторсиликон, а в качестве поглощающего электромагнитные волны наполнителя внесены сферические мелкодисперсные частицы с размерами от 1 до 100 микрон из магнитомягких аморфных и нанокристаллических сплавов на основе железа, кобальта и углеродное микроволокно.