композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения

Формула изобретения

Композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения, состоящий из полимерной основы, в которой распределены частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B или Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой и размером от 1 до 100 мкм, отличающийся тем, что частицы сплава содержат нанокристаллы соединений -(Fe, Si) или -Со объемной плотностью (0,6÷1,4)·10 ^-5 1/нм³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к материалам для защиты от электромагнитных полей радиочастотного диапазона и может применяться для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств в различных отраслях промышленности, а также для защиты биологических объектов от патогенного влияния электромагнитных полей естественного и искусственного происхождения.

Материалы для защиты от электромагнитного излучения необходимы для уменьшения и снижения вплоть до нуля электромагнитного поля, которое оказывает негативное влияние на работу электронного оборудования, электрических и магнитных устройств, а также биологических объектов.

В настоящее время для создания защитных материалов от электромагнитного излучения используются порошки аморфных магнитомягких сплавов системы Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B или Fe-Cu-Nb-Si-B. Такой композиционный материал обычно состоит из частиц порошка аморфного сплава и диэлектрического связующего материала, в котором частицы равномерно распределены.

Известны патенты США №4,923,533, №5,252,148 и патент Японии №59201493, в которых материал для защиты от электромагнитных полей предлагается изготавливать в виде композиционного материала из порошков аморфных магнитомягких сплавов на основе полимерного связующего. Для изготовления таких материалов используются порошки чешуйчатой формы аморфных сплавов базовых систем Fe-Si-B или Co-Fe-Ni-Si-B. Размер частиц порошка варьируется от 0,01 до 300 мкм, а коэффициент формы (отношение толщины к максимальной длине частицы) таких порошков варьируется от 10 до 1500. Объемное содержание порошка в полимерном связующем варьируется от 1 до 60%.

Повышение эффективности экранирования в таких материалах возможно за счет увеличения магнитной проницаемости. Этот эффект может быть реализован двумя способами. Во-первых, за счет увеличения объемного содержания порошка в полимерной матрице более 60%, что технологически трудно реализуемо. Во-вторых, за счет перевода аморфной структуры порошка магнитомягкого сплава в нанокристаллическое состояние, приводящее к увеличению магнитной проницаемости.

Наиболее близким по технической сущности и принятым нами за прототип является изобретение по патенту США №4,923,533, суть которого заключается в следующем. Порошок аморфного магнитомягкого сплава дисперсностью от 1 до 100 мкм и коэффициентом формы от 10 до 1000 равномерно распределен в полимерном связующем с объемным содержанием от 10 до 60%. Магнитная проницаемость ( ) такого композита находится в интервале от 15 до 70.

Недостатком предлагаемого изобретения является то, что в данной конструкции повышение эффективности экранирования и магнитной проницаемости выше 70 возможно только при объемном содержании порошка в полимерном связующем более 60%.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение магнитной проницаемости и, как следствие, коэффициента экранирования за счет формирования в структуре частиц аморфного магнитомягкого сплава нанокристаллов -Fe или -Со.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в известном материале, состоящем из полимерной основы, в которой распределены частицы аморфного магнитомягкого сплава Fe-Cu-Nb-Si-B или Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B размером от 1 до 100 мкм, согласно изобретению использованы частицы с нанокристаллической структурой, содержащие нанокристаллы соединения -(Fe, Si) или -Со объемной плотностью (0,6÷1,4)·10 ^-5 1/нм³, что повышает магнитную проницаемость до 90 и более.

Согласно изобретению предлагаемый материал, представленный на чертеже, состоит из частиц порошка аморфного магнитомягкого металлического сплава с нанокристаллической структурой (1) и полимерной основы для фиксации положения частиц порошка (2).

Использование в качестве наполнителя материала, обладающего нанокристаллической структурой, обеспечивает увеличение магнитной проницаемости.

Пример конкретного выполнения: в лабораторных условиях авторами были изготовлены три образца композиционного материала, в которых в качестве наполнителя были использованы частицы с нанокристаллической структурой, содержащей нанокристаллы соединений -(Fe, Si) и нанокристаллы соединений -Со с объемной плотностью (0,30; 0,60; 0,70; 1,16; 1,40; 1,54; 1,91 и 2,60)·10^-5 1/нм ³ каждого соединения, распределенные в полимерной основе, и три образца, содержащие порошок аморфного магнитомягкого сплава дисперсностью от 1,0 до 100 мкм с объемным содержанием 60%, равномерно распределенного в полимерном связующем. Затем на магнитометрической установке определена магнитная проницаемость всех образцов. Результаты испытаний приведены в таблице.

Проведенные нами эксперименты показали, что при объемной плотности нанокристаллов -(Fe,Si) или -Со (0,6÷1,4)·10^-5 1/нм ³ магнитная проницаемость ( ) композитов по сравнению с аморфным состоянием увеличивается в 2-3 раза и составляет от 90 до 135 (табл.). Экспериментально установлено, что при объемной плотности нанокристаллов в аморфной матрице менее 0,6·10^-5 1/нм ³ эффект повышения не наблюдается. При больших, чем 1,4·10 ^-5 1/нм³, происходит уменьшение .

Материал работает следующим образом:

Электромагнитная волна, проникшая в глубь материала, интенсивней поглощается в нем за счет более высокой поглощающей способности нанокристаллической структуры, обладающей большей магнитной проницаемостью по сравнению с аморфной. При достижении электромагнитной волной противоположной поверхности происходит ее большее поглощение, что приводит к повышению коэффициента экранирования.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения выразится в снижении толщины и уменьшении массогабаритных характеристик композиционного материала, что позволит повысить надежность работы электронных и электротехнических средств, обеспечить эффективную защиту биологических объектов за счет повышения магнитной проницаемости композиционного материала и, как следствие, коэффициента экранирования электромагнитных полей радиочастотного диапазона.

Таблица. Свойства предлагаемого и известного композиционных материалов
Композиционный материал	№	Сплав	Тип нанокристаллов в аморфной матрице	Объемная плотность нанокристаллов, 1/нм 3·10-5	Магнитная проницаемость,
Предлагаемый	1	Fe-Cu-Nb-Si-B	-	0*	50
	2	Fe-Cu-Nb-Si-B	-(Fe, Si)	0,3	73,5
	3	Fe-Cu-Nb-Si-B	-(Fe, Si)	0,60	92,5
	4	Fe-Cu-Nb-Si-B	-(Fe, Si)	0,70	119,5
	5	Fe-Cu-Nb-Si-B	-(Fe, Si)	1,16	122,5
	6	Fe-Cu-Nb-Si-B	-(Fe, Si)	1,40	91,0
	7	Fe-Cu-Nb-Si-B	-(Fe, Si)	1,54	71,0
	8	Fe-Cu-Nb-Si-B	-(Fe, Si)	1,91	55,0
	9	Fe-Cu-Nb-Si-B	-(Fe, Si)	2,60	25,0
	10	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-	0*	50,0
	11	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-CO	0,3	77,5
	12	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-Co	0,60	90,0
	13	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-Co	0,70	115,0
	14	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-Со	1,16	112,5
	15	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-Co	1,40	92,5
	16	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-Со	1,54	65,0
	17	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-Co	1,91	62,5
	18	Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-Со	2,60	17,5
Известный		Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B	-	0*	42,5
Примечание: В таблице приведены значения испытаний трех образцов на точку. 0* - соответствует аморфному состоянию. При объемной плотности нанокристаллов -(Fe, Si) или -Со (0,6÷1,4)·10-5 1/нм 3 магнитная проницаемость ( ) композитов по сравнению с аморфным состоянием увеличивается в 2-3 раза и составляет от 90 до 135. При объемной плотности нанокристаллов менее 0,6×10-5 1/нм 3 эффект повышения не наблюдается. При больших, чем 1,4×10 -5 1/нм3, значения объемной плотности происходит уменьшение .