КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G12B17/02 H05K9/00 B82B1/00 

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 (μ) 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 α-Fe или ε-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 α-(Fe, Si) или ε-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 α-(Fe, Si) и нанокристаллы соединений ε-Со с объемной плотностью (0,30; 0,60; 0,70; 1,16; 1,40; 1,54; 1,91 и 2,60)·10^-5 1/нм³ 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 α-(Fe,Si) или ε-Со (0,6÷1,4)·10^-5 1/нм³ магнитная проницаемость (μ) 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/нм³ эффект повышения μ не наблюдается. При больших, чем 1,4·10^-5 1/нм³, происходит уменьшение μ.

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№СплавТип нанокристаллов в аморфной матрицеОбъемная плотность нанокристаллов, 1/нм³·10^-5Магнитная проницаемость, μПредлагаемый1Fe-Cu-Nb-Si-B-0*502Fe-Cu-Nb-Si-Bα-(Fe, Si)0,373,53Fe-Cu-Nb-Si-Bα-(Fe, Si)0,6092,54Fe-Cu-Nb-Si-Bα-(Fe, Si)0,70119,55Fe-Cu-Nb-Si-Bα-(Fe, Si)1,16122,56Fe-Cu-Nb-Si-Bα-(Fe, Si)1,4091,07Fe-Cu-Nb-Si-Bα-(Fe, Si)1,5471,08Fe-Cu-Nb-Si-Bα-(Fe, Si)1,9155,09Fe-Cu-Nb-Si-Bα-(Fe, Si)2,6025,010Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B-0*50,011Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-Bε-CO0,377,512Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-Bε-Co0,6090,013Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-Bε-Co0,70115,014Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-Bε-Со1,16112,515Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-Bε-Co1,4092,516Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-Bε-Со1,5465,017Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-Bε-Co1,9162,518Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-Bε-Со2,6017,5Известный Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B-0*42,5Примечание: В таблице приведены значения испытаний трех образцов на точку.
0* - соответствует аморфному состоянию.
При объемной плотности нанокристаллов α-(Fe, Si) или ε-Со (0,6÷1,4)·10^-5 1/нм³ магнитная проницаемость (μ) 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/нм³ эффект повышения μ не наблюдается. При больших, чем 1,4×10^-5 1/нм³, значения объемной плотности происходит уменьшение μ.

Изобретение относится к средствам для защиты от электромагнитных полей радиочастотного диапазона и может применяться для обеспечения электромагнитной совместимости технических средств в различных отраслях промышленности, а также для защиты биологических объектов от патогенного влияния электромагнитных полей естественного и искусственного происхождения. Изобретение направлено на повышение коэффициента экранирования, что обеспечивается за счет того, что в 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 с нанокристаллической структурой и размером от 1 до 100 мкм, согласно изобретению использованы частицы сплава, содержащие нанокристаллы соединения α-(Fe, Si) или ε-Co объемной плотностью (0,6÷1,4)·10^-5 1/нм³. 1 табл., 1 ил.

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 α-(Fe, Si) или ε-Со объемной плотностью (0,6÷1,4)·10^-5 1/нм³.