РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H01Q17/00 

Изобретение относится к покрытиям, поглощающим электромагнитные излучения высокой частоты, изготовленным на основе эластомеров, наполненных ферромагнитными частицами.

Покрытия указанного типа известны и защищены рядом патентов.

Известен многослойный электромагнитный поглотитель (патент №5323160 США, МПК H 01 Q 17/00, опубл. 16.07.1992), который содержит, по меньшей мере, два вида поглощающего материала с химическими формулами, включающими элементы и соединения Mn, Zn, FeO и NiZnFeO. Материалы имеют различные характеристики затухания и совмещены друг с другом, а также с металлической пластиной.

Поглотитель для электромагнитного излучения (патент №4140944 Германия, МПК H 01 Q 17/00, опубл. 17.06.1993) содержит несущий слой, снабженный массой ферроэлектрических дипольных молекул, а также управляющие электроды, расположенные по обе стороны от несущего слоя, из которых по меньшей мере управляющий электрод, расположенный на стороне попадания излучения, выполнен прозрачным для излучения.

Широкополосный поглотитель радиоволн (патент №5394150 США, МПК H 01 Q 17/00, опубл. 28.02.1995) содержит совокупность электромагнитных элементов, расположенных на отражающей пластине параллельно друг другу или перекрещивающихся друг с другом. Каждый из этих элементов состоит из совокупности ступенчато наложенных друг на друга частей. Все части элементов изготовлены из спеченного феррита.

Поглотитель электромагнитных волн (патент №2119216 Россия, МПК H 01 Q 17/00, опубл. 20.09.1998) включает расположенные на металлической подложке диэлектрик из двух слоев и расположенные на внешней поверхности каждого слоя решетки резонансных элементов, соответствующих длине волны согласования поглощаемого поддиапазона частот. Кроме того, в него введены дополнительные N-2 слоя диэлектрика с решетками резонансных элементов, при этом слои диэлектрика имеют переменную толщину, а их суммарная толщина меньше четверти максимальной длины волны согласования поглощаемых поддиапазонов частот, где N - число слоев диэлектрика.

Поглощающее покрытие для ослабления отраженных электромагнитных волн (патент №2125327 Россия, МПК H 01 Q 17/00, опубл. 20.01.1999), предназначенное для повышения скрытности военной техники от обнаружения ее радиолокаторами противника, может наноситься на объект любой формы. Покрытие состоит из чередующихся по всем направлениям своей поверхности участков. Одни участки способны формировать отраженную волну с фазовым опережением на 90 градусов относительно падающей волны, другие участки с фазовым отставанием на 90 градусов. Кроме того, каждый из участков способен поглощать часть падающих радиоволн. Первые участки выполнены на основе мелкодисперсных металлических или графитовых частиц, или как специальный емкостной элемент. Вторые - на основе мелкодисперсных ферромагнитных частиц или как специальный индуктивный элемент покрытия.

Кроме указанных выше покрытий, защищенных патентами, известно комплексное многофункциональное маскировочное покрытие войскового изготовления (Вопросы защиты информации, 1997, №1-2, стр.52-53). Данное покрытие представляет собой многослойное покрытие, содержащее бумагу, ткань, фольгу, проводящую сетку, радиолокационные и др. добавки, или, по крайней мере, один из названных составляющих на связующем.

Указанное покрытие предназначено для изготовления макетов вооружения при оборудовании ложных позиций; наклонных масок, обеспечивающих переотражение радиолокационных волн в сторону от РЛС; маскировочных покрытий, расположенных на поверхности вооружения, военной техники и военных объектов с целью обеспечения их скрытности от систем разведки и наведения ВТО, эффективных в видимом, ИК- и РЛ-диапазонах волн. Данные макеты, маски и покрытия изготавливаются на деревянном каркасе; на специальном “болване”, в матрице, снятой с этого “болвана”, или реальных образцов вооружения и военной техники; на поверхности маскируемого объекта. Изделия изготавливаются заранее и могут храниться до времени использования.

Известное радиопоглощающее покрытие, изготавливаемое в ОАО “НИИРПИ” (прототип), содержит 3 слоя, состоящих из основы и наполнителя. В качестве основы выступает резина на основе хлоропренового каучука, в качестве наполнителя используют ферритовый порошок барий-кобальтового феррита с присадками титана (марки Д1). Содержание ферритового порошка в каждом слое различно и увеличивается от 0 об. % в первом, верхнем, до 45 об.% в третьем слое.

Вышеуказанные покрытия, защищенные патентами, и покрытие-прототип являются стационарными, несъемными. Однако, в некоторых случаях необходимо иметь легкосъемное покрытие. Например, когда стоящая в укрытии бронетехника должна быть защищена не только от визуального, но и от радиолокационного обнаружения. Во время же боевых действий радиопоглощающее покрытие на технике не нужно и его перед этим снимают.

Целью предлагаемого изобретения является создание защитного радиопоглощающего покрытия на основе резины, обладающего улучшенными радиопоглощающими свойствами, которое при этом может легко монтироваться на бронированные машины и демонтироваться (съемного), и способа изготовления этого покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что радиопоглощающее покрытие включает трехслойную эластичную пластину на основе резины, наполненной ферритовым порошком с различным содержанием последнего в каждом слое, от 0 об. % в первом, верхнем, до 45 об.% в третьем слое, и четвертый, прилегающий к защищаемой металлической поверхности объекта слой, выполненный из магнитотвердой резины, имеющий арочное намагничивание с величиной магнитной энергии, соответствующей максимуму энергетического произведения (ВН)_макс.=4-8 кДж/м³, а состав третьего слоя дополнительно содержит граленовое волокно в количестве 10-15 об. %. Радиопоглощающее покрытие может иметь в четвертом слое из магнитотвердой резины металлические или керамические постоянные магниты с площадью торцевой поверхности 1,0-5,0 см², расположенные равномерно по всей площади слоя, занимающие 20-30% общей площади этого слоя и закрытые снаружи тонким, 0,5-0,7 мм, слоем резины.

Вышеуказанное радиопоглощающее покрытие изготавливают способом, включающим изготовление каждого слоя пластины, соединение первых трех слоев методом совулканизации, намагничивание четвертого слоя из магнитотвердой резины и установку металлических или керамических магнитов, при этом намагничивание четвертого слоя осуществляется методом арочного намагничивания, после чего его прикрепляют методом холодного крепления к пластине из первых трех слоев с помощью клея.

Новым признаком радиопоглощающего покрытия является наличие в нем слоя магнитотвердой резины с арочным намагничиванием и установленными в нем металлическими или керамическими магнитами. Покрытие на защищаемой металлической поверхности объекта удерживается за счет магнитного притяжения. Включение в состав третьего радиопоглощающего слоя нового компонента - граленового волокна улучшает радиопоглощающие свойства покрытия.

Новым признаком способа изготовления покрытия является применение арочного намагничивания слоя из магнитотвердой резины до соединения его с пластиной из радиопоглощающих слоев, с последующим приклеиванием его к этой пластине.

Арочное намагничивание осуществляется с помощью индуктора намагничивания (см. книгу: Алексеев А.Г., Корнев А.Е. Магнитные эластомеры. М.: Химия, 1987, с.147-149 и др.).

Использование магнитных сил для удержания изделий известно. Например, известно магнитное приспособление для сборки под сварку крупногабаритных листов и заготовок, относящееся к сварочно-сборочному производству (А.с. 1204373 СССР, МПК В 25 В 11/00, опубл. 15.01.1986).

Применение плит, выполненных из магнитотвердой резины с вмонтированными керамическими магнитами, известно в горнорудной промышленности. Например, известна магнитная футеровка барабанных рудоразмольных мельниц, включающая резиновые плиты и магнитные элементы для крепления этих плит к корпусу (патент №2045346 Россия, МПК В 02 С 17/22, опубл. 10.10.1995).

Однако, применение подобных решений в радиопоглощающих покрытиях не обнаружено.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется при рассмотрении чертежей, где

- на фиг. 1 приведена схема расположения покрытия на защищаемой поверхности объекта;

- на фиг.2 - взаимное расположение элементов покрытия (сечение А - А фиг. 1);

- на фиг.3 - вид в плане пластины покрытия с показом расположения магнитов (нижняя часть), осей арочного намагничивания (средняя часть) и индуктора намагничивания (верхняя часть);

- на фиг.4 - петля гистерезиса для определения статических магнитных параметров образцов материалов.

В табл. 1. приведены характеристики покрытия.

Для защиты от отражения луча 1 радиолокатора, падающего на металлическую поверхность 2 объекта, установлено радиопоглощающее покрытие 3, представляющее собой четырехслойные эластичные пластины (фиг.1). Каждая пластина содержит радиопоглощающий блок “R” из трех свулканизованных один с другим слоев 4, 5 и 6 (фиг.2) и четвертый, крепежный “М”, слой 7. Слои 4, 5 и 6 выполнены из резины, наполненной ферритовым порошком, 0 об. % в первом, верхнем слое, 10-15 об. % во втором слое, 40-45 об. % в третьем слое. Третий слой содержит также 10-15 об. % граленового волокна. Крепежный слой 7 выполнен из магнитотвердой резины и имеет арочное намагничивание 8 с величиной магнитной энергии, соответствующей максимуму энергетического произведения (ВН)_макс.=4-8 кДж/м³ (фиг.4). Для увеличения силы магнитного притяжения F пластины 3 к металлической поверхности 2 объекта в слой 7 могут быть вмонтированы металлические или керамические магниты (фиг.2, 3) с площадью торцевой поверхности 1,0-5,0 см², расположенные равномерно по всей площади слоя, занимающие 20-30% общей площади этого слоя и закрытые снаружи тонким, 0,5-0,7 мм, слоем резины 10. Пластины 3 радиопоглощающего покрытия могут быть наложены на стальные горизонтальные, наклонные, вертикальные, криволинейные поверхности. Сила магнитного притяжения F (фиг.1) достаточна для удержания пластины весом Q от соскальзывания на вертикальной поверхности.

Способ изготовления вышеуказанного покрытия заключается в изготовлении каждого слоя пластины и соединении первых трех слоев 4, 5, 6 методом совулканизации. Крепежный слой 7 выполняют из магнитотвердой резины, формуют, вулканизуют и намагничивают в мощных импульсных полях. Намагничивание осуществляют с помощью индуктора намагничивания 11 (фиг.3), последовательно перемещаемого по поверхности слоя 7. В результате намагничивания на поверхности слоя 7 остаются арочного типа магнитные силовые полосы 8 (фиг.1, 2, 3). Величину импульсного тока намагничивания I задают для получения магнитной энергии, соответствующей максимуму энергетического произведения (ВН)_макс.=4-8 кДж/м³, определяемого на гистерезисографе по петле гистерезиса 12 (фиг.4). Намагниченный слой 7 прикрепляют к блоку из слоев 4, 5, 6 с помощью клея. Если требуется получить увеличенную силу магнитного притяжения пластины 3 к защищаемой металлической поверхности 2 объекта, в слой 7 после его намагничивания устанавливают металлические или керамические магниты 9 с площадью торцевой поверхности 1,0-5,0 см², располагая их равномерно по всей площади слоя, занимая ими 20-30% общей площади этого слоя. Снаружи магниты 9 закрывают приклеенным к слою 7 тонким, 0,5-0,7 мм, слоем резины.

Пример осуществления:

Указанным выше способом изготовлены образцы заявляемого радиопоглощающего покрытия в виде четырехслойных пластин с размером 250×250 мм и толщиной 8 мм. Блок из трех радиопоглощающих слоев 4, 5 и 6 имеет толщину 5 мм и выполнен из резины на основе хлоропренового каучука, наполненной ферритовым порошком Д1 в количестве: слой 4 толщиной 1 мм - 0 об. %, слой 5 толщиной 1,5 мм - 12 об. %, слой 6 толщиной 2,5 мм - 43 об. % ферритового порошка и 10 об. % граленового волокна. Крепежный слой 7 выполнен толщиной 3 мм из резины на основе каучука СКИ-3, наполненной ферритовым порошком с содержанием последнего в резиновой смеси 69 об. %, намагничен арочным намагничиванием пропусканием через индуктор импульсного электрического тока I=400 А, с получением величины магнитной энергии, соответствующей максимуму энергетического произведения (ВH)_макс.=6 кДж/м³ (фиг.4), где В - остаточная магнитная индукция, Н - коэрцитивная сила. В него установлены тринадцать цилиндрических магнитов из NdFeB (неодим железо бор) диаметром 12 мм и высотой 3 мм. Магниты закрыты с наружной стороны тонким, 0,5 мм, листом резины, приклееным к крепежному слою 7. Крепежный слой 7 другой поверхностью приклеен к пластине из блока трех слоев 4, 5, 6. Магнитные силовые полосы 8 расположены линейно (фиг.3) по поверхности слоя 7, вдоль осевых линий 13, образуя магнитные полюса N и S. Расстояние “α” между осевыми линиями 13 магнитных силовых полос 8 задано индуктором намагничивания 11 и составляет 3 мм. Количество магнитных полос 8 на поверхности слоя определяет плотность магнитного поля и зависящую от этого удельную силу магнитного притяжения.

Данное покрытие было исследовано в экспериментальной лаборатории ОАО “НИИРПИ”. Характеристики покрытия в сравнении с прототипом приведены в таблице 1.

Предлагаемое покрытие обладает способностью легко монтироваться на броню машин, изготовленную из мартенситных низколегированных сталей типа 45 ХНМФА (марки: С85, 46, 56); типа кремний-хром-молибденовые (марка СПС-43), и быстро демонтироваться. Оно имеет улучшенные по сравнению с прототипом радиопоглощающие свойства. В целях экономии материала может размещаться на защищаемом объекте только на “блестящих точках”, дающих наибольший вклад в радиолокационную заметность объекта.

Таблица 1Характеристики покрытияПоказательЗначения ПрототипЗаявляемое изобретениеТип покрытияСтационарное, прикрепленное к защищаемой поверхностиЛегко снимается и монтируетсяМасса пластины 250х250 мм, кг0,51,3Способность к изгибу: допустимый радиус изгиба (минимальный), мм200200Прочность связи между слоями σ_р, кг/см по ГОСТ 6768-75-5,7Сила притяжения к металлу, кг/дм²-0,4Коэффициент отражения, % на частоте 3 ГГц48,64,06 ГГц4,04,710 ГГц8,83,215 ГГц7,45,918 ГГц12,621,830 ГГц9,311,1Остаточная индукция В на поверхности слоя 7, мТл-50 (в зоне резины) 200 (в зоне магнитов)

Изобретение относится к радиопоглощающим покрытиям. Техническим результатом является легкость монтажа и демонтажа на броню машин и хорошие радиопоглощающие свойства в широком диапазоне частот. Сущность изобретения заключается в том, что оно включает трехслойную эластичную пластину на основе резины, наполненной ферритовым порошком с различным содержанием последнего в каждом слое. При этом третий слой имеет в своем составе также 10-15 об. % граленового волокна. Покрытие имеет четвертый слой, прилегающий к защищаемой металлической поверхности объекта, выполненный из магнитотвердой резины и имеющий арочное намагничивание с величиной магнитной энергии, соответствующей максимуму энергетического произведения (ВН)_макс.=4-8 кДж/м³. Покрытие может иметь в четвертом слое металлические или керамические магниты. Способ изготовления радиопоглощающего покрытия включает изготовление каждого слоя пластины, соединение первых трех слоев методом совулканизации, намагничивание четвертого слоя и установку в нем металлических или керамических магнитов, при этом намагничивание четвертого слоя осуществляют методом арочного намагничивания, после чего его приклеивают к пластине из первых трех слоев. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Радиопоглощающее покрытие, включающее трехслойную эластичную пластину на основе резины, наполненной ферритовым порошком с различным содержанием последнего в каждом слое, от 0 об.% в первом верхнем до 45 об.% в третьем слое, отличающееся тем, что оно содержит дополнительно четвертый прилегающий к защищаемой металлической поверхности объекта слой, выполненный из магнитотвердой резины, имеющий арочное намагничивание с величиной магнитной энергии, соответствующей максимуму энергетического произведения (ВН)_макс=4-8 кДж/м³, а состав третьего слоя содержит дополнительно граленовое волокно в количестве 10-15 об.%.2. Радиопоглощающее покрытие по п.1, отличающееся тем, что в четвертый слой из намагниченной магнитотвердой резины установлены металлические или керамические магниты с площадью торцевой поверхности 1,0-5,0 см², расположенные равномерно по всей площади слоя, занимающие 20-30% общей площади этого слоя и закрытые снаружи тонким 0,5-0,7 мм слоем резины.3. Способ изготовления радиопоглощающего покрытия, указанного в п.п.1 и 2, включающий изготовление каждого слоя пластины, соединение первых трех слоев методом совулканизации, намагничивание четвертого слоя из магнитотвердой резины и установку металлических или керамических магнитов, отличающийся тем, что намагничивание четвертого слоя осуществляют методом арочного намагничивания, после чего его прикрепляют методом холодного крепления к пластине из первых трех слоев с помощью клея.