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 к-рого 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 т-р — 60 — 1300°С; уровень отраженного излучения 0,001-5%.

Основу радиопоглощающих материалов составляют орг. или неорг. (гл. обр. оксиды и нитриды) в-ва, в к-рые 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 e (напр., эпоксидной смолы с e 5 или той же смолы с наполнителем с e 25) и порошка поглотителя (напр., графитовой пыли). Описанная структура способствует миним. отражению радиоволн от пов-сти 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 e100 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 к-рых 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 МnО·Fe₂ O₃ с эпоксидным связующим, или плиток, смонтированных на металлич. листе и защищенных стеклотканью или слоем пластмассы.

Радиопоглощающие материалы применяют в виде покрытий металлич. пов-стей 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 т-р -60-1200°С (tgd 10^-2-10^-5, e10) 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. св-в материала (напр., пропитка, заливка, намотка); т-ра длит. эксплуатации 300-500°С, tgd 10^-2-10^-3, е 3-5.

Керамопласты изготовляют на основе: алюмофос-фатной 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 пов-сть 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 т-р до 650 °С.

Основа радиопрозрачной к е р а м и к и - высокотемпературные оксиды А1 и Be, нитриды А1 и В; tgd10^-3, e4 (для нитрида бора) и 10 (для алюмооксидной керамики); теплопроводность (в Вт/м·К) для А1₂О₃ 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 А1₂О₃ 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 т-р (-60-1200°С) уменьшение диэлектрич. проницаемости составляет ок. 1%.

Радиопрозрачлые материалы широко используют в антенных обтекателях самолетов и ракет в условиях аэроди-намич. 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.