материал для поглощения электромагнитных волн

Формула изобретения

Материал для поглощения электромагнитных волн, содержащий пористый стекловидный материал, включающий более 85 мас.% стеклофазы, отличающийся тем, что пористый аморфный материал содержит кристаллическую фазу в виде кварца в количестве от 5 до 14,5 мас.% и размером менее 0,5 мкм, а в качестве газообразователя используют сажу в количестве 0,5 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к поглотителям электромагнитных волн (ЭМВ), в том числе в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано при оснащении многофункциональных экранированных помещений, а также для снижения радиолокационной заметности различных объектов. Техническим результатом изобретения является повышение радиопоглощающих свойств материала, повышение его механической прочности при сохранении относительно низкой плотности.

Пеностекло, используемое для защиты от полей электромагнитного излучения, является одним из перспективных материалов, т.к. обладает возможностью защиты в широком диапазоне частот ЭМВ, влагостойкостью, негорючестью, технологичностью, является экологически чистым поглотителем.

Известен сверхширокодиапазонный поглотитель ЭМВ [RU 2110122 H01Q 17/00, 27.04. 1998], представляющий собой конструкцию, состоящую из диэлектрического материала, выполненного на основе радиопоглощающего пеностекла и магнитного материала из радиопоглощающего никель-цинкового феррита, которые закреплены на металлической подложке. Заявленное пеностекло имеет следующие характеристики: удельное затухание 0,2-0,4 дБ/см на частоте 4 ГГц при объемной плотности не более 190 кг/м³ и толщиной 200-350 мм. Недостатком данного поглотителя является сложность конструкции поглотителя, выполненного как минимум из трех материалов. Причем заявленное пеностекло должно иметь толщину 200-350 мм, что является технологически неосуществимым. Максимальная толщина блочного пеностекла составляет 180 мм, для получения более высоких значений блоки пеностекла склеивают, что дополнительно усложняет технологию получения материала в целом.

В статье Барсукова B.C. «Интегрированная защита специальных экранированных помещений» [журнал «Специальная техника», № 1, 2000 г.] приводятся результаты сравнительного анализа некоторых радиозащитных материалов, в том числе пеностекла. В данной работе отмечается, что наиболее эффективно проблема создания экологически безопасных защищенных помещений решается с использованием материалов, представляющих собой специальные широкополостные поглотители, выполненные в виде керамических пластин и пеностекла. Применение интегрированных защитных панелей обеспечивает одновременно электромагнитную, акустическую и экологическую защиту. Отмечается, что пеностекло, полученное с углеродсодержащим газообразователем, имеет радиопоглощение на частоте 4 ГГц в пределах от 0,2 до 5 дБ/см.

Известен радиопоглощающий материал на основе полимерного диэлектрического связующего [RU 2355081, МПК H01Q 17/00, 10.05.2009], содержащий в своем составе микрогранулы, материал матрицы которых является прозрачным для излучения радиоволнового диапазона, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вещества, поглощающие электрическую и магнитную составляющие радиоволнового излучения в составе микрогранул, при этом каждый вид микрогранул содержит только одно вещество, выбранное из группы, содержащей феррит, медь, фуллерон С₇₀, равномерно распределенное во всем объеме материала матрицы в форме кластеров. Недостаток этого поглотителя заключается в том, что он получен на основе эпоксидной смолы (ЭС), которая является горючим материалом. Применение ЭС сильно ограничено, так как при отверждении в промышленных условиях в них остается некоторое количество золь-фракции - растворимого остатка, который может нанести серьезный урон здоровью. В не отвержденном виде эпоксидные смолы являются достаточно ядовитыми веществами и могут также навредить здоровью. Кроме того, технологически сложно осуществить равномерное распределение во всем объеме нанокластеров, что никак не поясняется в данном патенте.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является [RU 2375793, МПК H01Q 17/00, 10.12.2009] материал, представляющий пеностекло, полученное в результате взаимодействия силикатного стекла и углеродсодержащего газообразователя - карбида кремния в количестве от 1 до 35 вес.%. Заявленное пеностекло характеризуется следующими радиофизическими свойствами на частоте 100 ГГц: коэффициент поглощения от 6 до 19 дБ/см и коэффициент отражения от -24 до -12 дБ. Известное техническое решение имеет ряд недостатков. Заявленное пеностекло имеет повышенную плотность (более 450 кг/м ³), что ухудшает его радиофизические свойства. Заявленная прочность материала (до 10 Мпа) осложняет технологию изготовления элементов различной геометрической формы, что необходимо для повышения эффективности поглощения ЭМВ. Процесс изготовления осуществляется при высоких температурах (920-930°С), что сопровождается высокими энергозатратами. При изготовлении данного пеностекла используется карбид кремния, который является дефицитным и более дорогим по сравнению с другими углеродсодержащими газообразователями. Кроме того, количество вводимого карбида кремния, составляет до 39 мас.%, что является достаточно затратным.

Задача изобретения заключается в повышении коэффициента поглощения, механической прочности, при сохранении низкого коэффициента отражения.

Технический результат достигается тем, что пористый стекловидный материал, включающий более 85 мас.% стеклофазы, содержит кристаллическую фазу в виде кварца в количестве от 5 до 14,5 мас.% и размером менее 0,5 мкм, а в качестве газообразователя используют сажу в количестве 0,5 мас.%.

Пример конкретного выполнения

Шихта для изготовления стеклогранулята содержит кремнезем-содержащий материал, кальцинированную соду и доломит. В качестве кремнеземсодержащего материала берут сырье с содержанием оксида кремния не менее 83% и размером фракции менее 0,1 мм, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: кремнеземсодержащий материал - 61-68; кальцинированная сода - 19-23; доломит - 13-16. Шихту готовят смешением материалов в указанных соотношениях с последующим компактированием на валковом прессе (или на тарельчатом грануляторе, или экстру дере). Полученная компактированная шихта обладает повышенной химической активностью на стадии силикатообразования и стеклообразования, вследствие тонкодисперсности кремнеземсодержащего материала и достижения его тесного контакта с другими компонентами шихты, в первую очередь с кальцинированной содой.

Термообработка компактированной шихты в интервале температур 900-950°С позволяет получить стеклогранулят, фазовый состав которого по данным рентгенофазового анализа представлен стекловидной фазой и незначительным количеством остаточного кремнезема. Измельченный стеклогранулят до удельной поверхности не менее 5000 см²/г перемешивают с 0,5 мас.% газообразователя - сажи и вспенивают при температурах 800-850°С.

Сущность изобретения поясняется таблицей, в которой приведены результаты физико-механических и радиофизических измерений полученных образцов.

Как видно из таблицы, пеноматериал, полученный на основе стеклогранулята, обладает повышенными прочностными характеристиками: в 1,4 раза превышает значение прочности аналога и в 2 раза значение прочности для пеностекла, получаемого на основе стеклобоя. При этом радиофизические свойства пеностекла превосходят свойства аналога.