радиопоглощающие и радиопрозрачные материалы

РАДИОПОГЛОЩАЮЩИЕ И РАДИОПРОЗРАЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

неметаллич. материалы, обеспечивающие поглощение или пропускание электромагн. излучения радиочастотного диапазона (10⁵ — 10¹² Гц) при миним. его отражении. Распространяясь в объеме этих материалов, электромагн. излучение (ЭМИ) создает переменное электрич. поле, энергия которого преобразуется в тепловую энергию практически полностью — в радиопоглощающих и минимально — в радиопрозрачных материалах.

Радиопоглощающие материалы. В радиопоглощающих материалах и конструкциях наряду с диэлектрич. и магн. потерями имеют место дисперсия, дифракция, интерференция и полное внутр. отражение радиоволн, вызывающие дополнит. ослабление энергии ЭМИ вследствие рэлеевского рассеяния, сложения волн в противофазе и др. Изделия из таких материалов поглощают потоки электромагн. энергии плотн. 0,1–8,0 Вт/см²; интервал рабочих температур −60 — 1300 °C; уровень отраженного излучения 0,001–5%.

Основу радиопоглощающих материалов составляют орг. или неорг. (гл. обр. оксиды и нитриды) вещества, в которые в качестве активной поглощающей компоненты вводят порошки графита, металлов и их карбидов.

Градиентные радиопоглощающие материалы характеризуются многослойной структурой, обеспечивающей заданное изменение диэлектрич. проницаемости в толще материала. Наружный слой изготовляют из твердогс диэлектрика с диэлектрич. проницаемостью е, близкой к 1 (напр., из фенольного пластика, упрочненного кварцевым стекловолокном), последующие — из диэлектриков с более высокой ε (напр., эпоксидной смолы с ε 5 или той же смолы с наполнителем с ε 25) и порошка поглотителя (напр., графитовой пыли). Описанная структура способствует миним. отражению радиоволн от поверхности и увеличению их поглощения по мере проникновения в глубь материала.

Интерференц. радиопоглощающие материалы обычно состоят из подложки и чередующихся диэлектрич. и проводящих слоев. В качестве подложки используют металлич. пластину или неметаллич. материал с ε100 и тангенсом угла диэлектрич. потерь tgd, близким к 1. Диэлектрич. слой, являющийся связующим, содержит в себе поглотитель (напр., оксиды Fe), проводящий слой-металлизир. волокна Такая структура обеспечивает сдвиг фазы отраженной в материале волны почти на 180° и ее гашение.

Рассеивающие радиопоглощающие материалы обеспечивают многократное отражение и рассеяние волн. Изделия из них — чаще всего полые пирамидальные конструкции из пенополистирола, внутр. стенки которых покрыты графитом, или трубы из стеклопластиков, покрытые снаружи слоем SiC.

Керамич. материалы представляют собой, как правило, плотноспеченные материалы из оксидов металлов с низким электрич. сопротивлением [напр., Ti₃O₄ и (AlTi)₂O₃] или оксидов и нитридов В и А1 с добавкой металлов (W, Mo, Ti, Zr, Hf) или их карбидов. Обладают высокими теплопроводностью, мех. прочностью и термостойкостью. Для экранирования от радиоизлучений высокой интенсивности изготовляют многослойные материалы из микросфер оксида А1 и титаната Ва, соединенных между собой алюмофосфатным цементом. К группе керамич. материалов относят также плотный пиролитич. углерод.

Ферритовые материалы, отличающиеся большими магн. потерями, характеризуются высокой поглощающей способностью, что позволяет использовать их в виде облегченных элементов, напр. тонкослойных (до 0,2 мм) покрытий из FeO∙Fe₂O₃ или MnO∙Fe₂ O₃ с эпоксидным связующим, или плиток, смонтированных на металлич. листе и защищенных стеклотканью или слоем пластмассы.

Радиопоглощающие материалы применяют в виде покрытий металлических поверхностей самолетов, танков, ракет и кораблей с целью их радиолокац. маскировки, для защиты людей от воздействия радиоизлучений высокой интенсивности, создания радиогерметич. безэховых испытат. камер, поглотителей энергии в электронных приборах, обеспечения радиосовместимости частей аппаратуры.

Радиоорозрачныс материалы. Прозрачность этих материалов обеспечивается малыми диэлектрич. потерями в интервале рабочих температур -60–1200 °C (tgd 10⁻²–10⁻⁵, ε10) и низким уровнем отражения радиоволн (1%).

Основу таких материалов составляют орг. и неорг. диэлектрики-пластмассы, керамопласты, керамика, плавленый кварц, ситаллы.

В качестве радиопрозрачных пластмасс используют гл. обр. стеклопластики или стеклотекстолиты, содержащие неск. слоев стеклянных, нейлоновых волокон или стеклоткани и пропитанных кремнийорг., полиимидными или полиэфирными смолами. Изготовляют их методами переработки полимерных материалов, обеспечивающих однородность диэлектрич. свойств материала (напр., пропитка, заливка, намотка); температура длит. эксплуатации 300–500 °C, tgd 10⁻²–10⁻³, е 3–5.

Керамопласты изготовляют на основе: алюмофосфатной керамики, армированной стекловолокном; стеклопластиков, пропитанных высокоактивным коллоидным SiO₂; кварцевых или сапфировых нитей и тканей со связующими, используемыми в стеклопластиках. Керамопласты с повыш. стойкостью к эрозии под действием внеш. среды получают путем плазменного нанесения на поверхность пластика (до и после его отверждения) тонкого слоя тугоплавкого оксида, карбида или борида. По сравнению с пластиками обладают большей прочностью и однородностью, работают в условиях температур до 650 °C.

Основа радиопрозрачной к е р а м и к и — высокотемпературные оксиды А1 и Be, нитриды А1 и В; tgd10⁻³, ε4 (для нитрида бора) и 10 (для алюмооксидной керамики); теплопроводность (в Вт/м∙К) для Al₂O₃ 20, для ВеО 200, для BN 400. Изделия из оксидной керамики получают методами шликерного литья, прессования, электрофоретич. и плазменного напыления с послед. высокотемпературным обжигом, из нитрида бора-путем хим. осаждения из газовой фазы с послед. мех. обработкой. Для повышения мех. прочности, термостойкости и уменьшения толщины стенок керамич. изделий в них при формировании вводят металлич. стержни, решетку или сетки.

Материалы из плавленого кварца и ситаллов на основе оксидов Li и Mg (Li₂O-Al₂O₃- SiO₂ и MgO Al₂O₃ SiO₂) отличаются однородностью, низким коэф. термич. расширения (5∙10⁻⁷ град⁻¹ для плавленого кварца, близкий к нулю-у ситаллов), температурной стабильностью (для MgO-SiO₂-Al₂O₃), в интервале рабочих температур (-60–1200 °C) уменьшение диэлектрич. проницаемости составляет ок. 1%.

Радиопрозрачлые материалы широко используют в антенных обтекателях самолетов и ракет в условиях аэродинамич. и тепловых ударов, дождевой, пылевой, газовой эрозии и ионизирующих излучений, в качестве перегородки-окна в ускорителях и электронных приборах, для обеспечения передачи электромагн. энергии.

^{Лит.: Шнейдерман Я. А., "Зарубежная радиоэлектроника", 1971, № 2, с. 79–113; там же, 1972, № 7, с. 102–32; Батыгин В. Н., Метелкин И.И., Решетников A.M., Вакуумно-плотная керамика и ее спаи с металлами, М., 1973; Мицмахер М.Ю., Торгованов В.А., Безэховые камеры СВЧ, М., 1982; Алимин Б.Ф., "Зарубежная радиоэлектроника", 1989, № 2. с. 75–82.}

_{В. Н. Батыгин,В. Г. Бравинский}