ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2012 года по МПК C09D5/32 H01Q17/00 B32B5/08 B32B7/12 B82B3/00 

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к многофункциональным покрытиям, обеспечивающим поглощение в СВЧ-диапазоне частот и поглощение в акустическом диапазоне частот. Изобретение может найти применение для повышения скрытности и уменьшения вероятности обнаружения объектов и оборудования морской, наземной, авиационной и космической техники.

Известно защитное покрытие (см. патент RU №2215764, МПК C09D 123/34, опубликован 10.11.2003), на основе композиции, включающей полимерное связующее и наполнитель. В качестве полимерного связующего она содержит (19-21)%-ный раствор хлорсульфированного полиэтилена в углеводородном растворителе, а в качестве наполнителя смесь сажи и графита при следующем соотношении компонентов, мас.%:

(19-21)%-ный раствор хлорсульфированного полиэтилена в углеводородном растворителе 63,0-69,2 сажа 10,0-12,0 графит 20,8-25,0

Известное покрытие экранирует электромагнитные излучения в радиолокационном, оптическом и лазерном диапазонах длин волн. Однако известное защитное покрытие не обеспечивает приемлемые величины поглощения СВЧ-излучения, а также не обеспечивает скрытность для объектов в акустическом диапазоне частот.

Известен защитный материал (см. патент RU №2167840, МПК C04B 35/00, опубликован 27.05.2001), состоящий из смеси 0,30-0,45 или 0,55-0,75 мольных долей титаната стронция и 0,70-0,55 или 0,45-0,25 мольных долей соответственно соединений с общей формулой ВiМО₃, где М выбран из группы элементов, включающей хром, марганец, железо.

К недостатку известного материала следует отнести его значительную толщину, необходимую для эффективного поглощения СВЧ-излучения. Кроме того, покрытие не обеспечивает скрытность в акустическом диапазоне частот.

Известен защитный материал (см. патент RU №2107705, МПК C09D 5/32, опубликован 27.03.1998), содержащий в качестве полимерного связующего синтетический клей "Элатон" на основе латекса, а в качестве магнитного наполнителя - порошкообразный феррит или карбонильное железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: синтетический клей "Элатон" на основе латекса 80-20; порошкообразный феррит или карбонильное железо 20-80.

Известный защитный материал используется для нанесения на поверхности различной геометрии изделий исследовательского, медицинского и бытового назначения для поглощения радиоизлучения. Однако известный радиопоглощающий материал имеет недостаточную эффективность поглощения СВЧ-излучения и не обеспечивает скрытность в акустическом диапазоне частот.

Известен защитный материал (см. патент US №6231794, МПК H01Q 17/00, опубликован 01.05.2001), включающий первый слой пористого эластичного материала, например полиуретана, покрытый вторым слоем пористого эластичного материала с распределенными в нем проводящими частицами, например частицами графитовой пудры, или частицами углеродного материала, смешанными с металлическими частицами.

К недостатку известного защитного материала следует отнести недостаточную механическую прочность. Материал не обеспечивает скрытность в акустическом диапазоне частот.

Известен поглотитель электромагнитного излучения (см. TW №285528, МПК H01Q 17/00, опубликован 11.08.2007), основу которого составляет поперечно сшитый силиконовый гель, в котором диспергированы замедлитель горения и поглотитель электромагнитного излучения, введенный в количестве 200-800 мас.ч. на 100 мас.ч. силиконового геля.

Для эффективного поглощения электромагнитного излучения требуется большая масса известного поглотителя, что ограничивает область его применения. Материал не обеспечивает скрытность в акустическом диапазоне частот.

Известен слоистый звукопоглощающий нетканый материал (см. заявка US №20080173497, МПК E04B 1/74, опубликована 24.07.2008), содержащий резонансную мембрану, выполненную из нановолокон, имеющих диаметр около 600 нм и поверхностную плотность 0,1-5,0 г/м², и по меньшей мере один слой волокнистого материала, образующие композитный слой требуемой толщины и поверхностной плотности.

Известный слоистый нетканый материал имеет коэффициент поглощения звука в области частот от 500 до 6000 Гц от 0,8 до 1,0. Однако материал практически не поглощает СВЧ-излучение.

Известно защитное покрытие (см. патент ЕР №1912487, МПК H01Q 17/00, опубликован 16.04.2008), включающее матрицу в виде тонкого листа из органического полимера или неорганического материала, в которой диспергированы ультратонкие углеродные частицы в количестве 0,01-20,0 мас.% от общего массы покрытия, а также содержится наполнитель, выбранный из группы, содержащей металлические частицы, карбонат магния, углеродная сажа, углеродные волокна, стеклянные волокна или их смеси.

Известный радиопоглощающий материал имеет неоднородные свойства из-за трудности равномерного введения ингредиентов в основу.

Известно защитное покрытие (см. патент RU №2228565, МПК H01Q 17/00, опубликован 10.05.2004), включающее основу в виде тканого полотна по меньшей мере из одного слоя переплетенных арамидных высокомодульных нитей с нанесенной на нити вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него ферромагнитными кластерами при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ферромагнитные кластеры 50-80 гидрогенизированный углерод остальное

Недостатком известного защитного покрытия является то обстоятельство, что тканевая основа каждого слоя покрытия неизбежно приводит к анизотропии поглощающих свойств. Кроме того, предложенная технология изготовления известного защитного покрытия предполагает наличие зазоров между слоями, что приводит к проявлению нестабильности свойств.

Известно защитное покрытие (см. патент RU №2370866, МПК H01Q 17/00, опубликован 20.10.2009), совпадающее с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятое за прототип. Покрытие-прототип включает основу по меньшей мере из двух слоев переплетенных рядов нитей, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного материала, при этом направление переплетенных рядов нитей одного слоя тканого материала составляет с направлением переплетенных рядов нитей смежного слоя угол 60-120°, а содержание частиц ферромагнитного материала составляет от 5 мас.% в пленке, нанесенной на наружный слой переплетенных рядов нитей, до 85 мас.% в пленке, нанесенной на слой переплетенных рядов нитей, прилегающий к защищаемой поверхности.

Известное покрытие имеет расширенный частотный диапазон и повышенную эффективность СВЧ-поглощения при одновременном уменьшении толщины и веса всего материала. Однако покрытие не обеспечивает скрытность в акустическом диапазоне частот.

Задачей изобретения является создание защитного покрытия, обеспечивающего скрытность в акустическом диапазоне частот при сохранении расширенного частотного диапазона и повышенной эффективности поглощения СВЧ-излучения.

Поставленная задача решается тем, что защитное покрытие включает по меньшей мере два слоя полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала.

Содержание частиц ферромагнитного или ферримагнитного материала составляет от 0,5-10 мас.% в пленке, нанесенной на внешний слой полимерных нановолокон, до 80-100 мас.% в пленке, нанесенной на слой полимерных нановолокон, прилегающий к защищаемой поверхности. Направление полимерных нановолокон одного слоя составляет с направлением полимерных нановолокон смежного слоя угол φ, равный 180°/N, где N - число слоев полимерных нановолокон.

Слои полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала, могут быть закреплены на подложке из тканого или нетканого материала.

В другом воплощении изобретения каждый слой полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала, может быть закреплен на подложке из тканого или нетканого материала.

В качестве радиопрозрачного материала может быть введен клеящий состав на основе синтетических каучуков или синтетических смол.

Пленка из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала может быть нанесена на одну сторону каждого слоя полимерных нановолокон или на две стороны каждого слоя полимерных нановолокон.

В качестве ферромагнитного материала может быть введен кобальт, или никель, или железо, или сплав, содержащий кобальт, никель, железо при следующем содержании компонентов, мас.%:

кобальт 10-80 железо 10-45 никель 10-45

В другом воплощении изобретения в качестве ферримагнитного материала может быть введен кобальтовый феррит CoFe₂O₄, или никелевый феррит NiFe₂O₄, или марганцевый феррит MnFe₂O₄, или твердый раствор из кобальтового феррита CoFe₂O₄, никелевого феррита NiFe₂O₄ и марганцевого феррита MnFe₂O₄ при следующем содержании компонентов, мас.%:

кобальтовый феррит CoFe₂O₄ 10-80 никелевый феррит NiFe₂O₄ 10-45 марганцевый феррит MnFe₂O₄ 10-45

Изменение содержания ферромагнитного или ферримагнитного поглотителя от 0,5-10 мас.% в пленке, нанесенной на внешний слой полимерных нановолокон, до 80-100 мас.% в пленке, нанесенный на слой полимерных нановолокон, прилегающий к защищаемой поверхности, обеспечивает плавное согласование волновых сопротивлений слоев по толщине покрытия, начиная от верхнего слоя (согласующего со свободным пространством), до последнего, поглощающего слоя.

Разворот полимерных нановолокон одного слоя составляет с направлением полимерных нановолокон смежного слоя на угол 180°/N, где N - число слоев полимерных нановолокон - позволяет существенно уменьшить анизотропию поглощающих свойств.

В зависимости от условий функционирования защитного покрытия число слоев полимерных нановолокон N может составлять от 2 до 20 слоев.

Защитное покрытие иллюстрируется чертежами, где:

на фиг.1 изображен поперечный разрез одного из воплощений защитного покрытия;

на фиг.2 показан поперечный разрез другого воплощения защитного покрытия;

на фиг.3 изображен поперечный разрез третьего воплощения защитного покрытия;

на фиг.4 приведен поперечный разрез еще одного воплощения защитного покрытия;

на фиг.5 в таблице 1 приведены данные о поглощении СВЧ-излучения защитным покрытием;

на фиг.6 в таблице 2 приведен перечень примененных средств измерений поглощения акустического сигнала;

на фиг.7 в таблице 3 указаны значения уровней звукового давления;

на фиг.8 в таблице 4 приведены уровни звукового давления без применения поглощающего материала;

на фиг.9 в таблице 5 приведены значения отклонений уровней характеристики головки от первоначальной при использовании различных защитных покрытий;

на фиг.10 в таблице 6 даны объединенные значения отклонений уровней характеристики головки от первоначальной при использовании различных защитных покрытий.

Полимерные волокна диаметрами в пределах от 10 до 1000 нанометров представляют собой новый тип материалов с экстремальными значениями некоторых свойств. Слои нановолокон отличает большая удельная поверхность и необычайно малые размеры пор в слоях из нановолокон. Нановолокна получают из различных типов полимеров, полимерных смесей и смесей полимеров с низкомолекулярными добавками в процессах формования из полимерных растворов. В отличие от подобных процессов формования из полимерных расплавов, при обработке растворов достигаются меньшие диаметры волокон благодаря меньшей вязкости растворов.

Для формования волокон из растворов используются механические силы движущейся газообразной среды или кулоновские силы в электростатическом поле. В случае электростатического формования получаются волокна меньших диаметров, так как отдельные образующиеся волокна под действием распределения равных зарядов в их объеме расщепляются на несколько фибрилл. В настоящее время известны различные способы и устройства для получения нановолокон методом их формования из полимерных растворов, например, раскрытые в патенте RU №2365686 в патенте US №6382526, патенте US №6520425, патенте ЕР №2276880, заявке РСТ № WO 0127365, заявке РСТ № WO 0250346, заявке US №2002/0175449 и заявке US №2002/084178, в заявке СА №2719119, заявке MX №2010004085.

Магнетронное распыление, по сравнению с другими методами нанесения пленок, обладает рядом достоинств, основными из которых являются высокая скорость роста пленок, их хорошая адгезия и незначительное загрязнение посторонними газовыми включениями, низкая температура нагрева подложек, возможность распыления, как проводников, так и диэлектриков, и получения сверхтонких пленок с малыми радиационными дефектами, а также малая инерционность процесса.

Следует отметить, что большая удельная поверхность используемых в настоящем техническом решение слоев нановолокон, хорошо доступная для осаждения испаряемых в аргоно-водородной рабочей среде плазмотрона частиц ферро- и ферримагнитных материалов, создает предпосылки для обеспечения особых поглощающих свойств этих волокон как в акустическом, так и в СВЧ-диапазоне частот. Необычайно малые размеры пор в слоях из нановолокон с осадившимися в них частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала позволяют получить в заявляемом защитном покрытии эффект дополнительного затухания, позволяющий дополнительно уменьшить отражение СВЧ-излучения от поверхности слоев заявляемого многослойного защитного покрытия.

Защитное покрытие 1 (см. фиг.1-фиг.4) содержит два слоя 2а, 2b (фиг.1), или три слоя 2а, 2b, 2с (фиг.3 и фиг.4), или более слоев (практически до 20) полимерных нановолокон 3, например, четыре слоя 2а, 2b, 2с и 2d (фиг.2) переплетенных рядов нановолокон 3. Слои 2а, 2b, 2с и 2d нановолокон 3 скреплены радиопрозрачным материалом 4, например синтетическим клеем "Элатон". На каждый слой нановолокон 3 нанесена вакуумным распылением пленка 5 из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала. В качестве ферромагнитного материала может быть введен кобальт, или никель, или железо, или сплав, содержащий кобальт, никель, железо при следующем содержании компонентов, мас.%:

кобальт 10-80 железо 10-45 никель 10-45

В другом воплощении изобретения в качестве ферримагнитного материала может быть введен кобальтовый феррит CoFe₂O₄, или никелевый феррит NiFe₂O₄, или марганцевый феррит MnFe₂O₄, или твердый раствор из кобальтового феррита CoFe₂O₄, никелевого феррита NiFe₂O₄ и марганцевого феррита MnFe₂O₄ при следующем содержании компонентов, мас.%:

кобальтовый феррит CoFe₂O₄ 10-80 никелевый феррит NiFe₂O₄ 10-45 марганцевый феррит MnFe₂O₄ 10-45

Содержание частиц ферромагнитного или ферримагнитного материала составляет от 0,5-10 мас.% в пленке 5, нанесенной на внешний слой, например на фиг.2 слой 2d полимерных нановолокон 3, до 80-100 мас.% в пленке 5, нанесенный на слой полимерных нановолокон, прилегающий к защищаемой поверхности, например на фиг.2 слой 2а полимерных нановолокон 3. Остальную массу пленки 5 составляет гидрогенизированный углерод. Пленку 5 выполняют обычно толщиной 500-1000 нм. Частицы ферромагнитного или ферримагнитного материала (см. фиг.2), как правило, имеют размер до 0,05 мкм и близкую к сферической геометрическую форму. Пленка 5 может быть нанесена на одну сторону слоев 2а, 2b, 2 с и 2d или на обе стороны. Направление полимерных нановолокон 3 одного слоя (например, 2а) составляет с направлением полимерных нановолокон 3 смежного слоя (например, 2b) угол φ равен 180°/N, где N - число слоев полимерных нановолокон 3. Например, для защитного покрытия 1, состоящего из 4 слоев 2а, 2b, 2с и 2d (фиг.2) составляет 45°. Исследование микроструктуры заявляемого защитного покрытия производилось при помощи электронного микроскопа JSM-35. Пленка 5 может быть нанесена на одну сторону слоев 2а, 2b, 2с и 2d или на обе стороны. В таблице 1 на фиг.5 приведены экспериментальные данные о поглощении СВЧ-излучения заявляемым радиопоглощающим покрытием. Слои полимерных нановолокон 3 могут быть закреплены на подложке 6 из тканого или нетканого материала.

Защитное покрытие изготавливают следующим образом. После предварительной очистки слоя нановолокон его загружают в камеру вакуумного напыления. В процессе форвакуумной откачки осуществляют сушку и обезгаживание материала. Нагревание в процессе сушки осуществляют с одной или с двух сторон. Одновременно с сушкой производят обработку материала плазмой тлеющего разряда в аргоне или другом инертном газе. Далее производят высоковакуумную откачку, после чего напускают процессорные газы до рабочего давления и наносят покрытие из двух распыляемых мишеней - ферромагнитной (ферритовой) и графитовой. На каждый исходный слой полимерных нановолокон (на одну или обе стороны) вакуумным напылением наносят пленку из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала. Процесс заканчивают по достижении требуемой толщины нанопленки. После напыления пленки образец разрезают, и полученные слои сортируют для последующей склейки. Из отдельных слоев собирают конструкцию защитного покрытия, которую затем скрепляют клеящим радиопрозрачным составом, при этом направление полимерных нановолокон одного слоя составляет с направлением полимерных нановолокон смежного слоя угол f, равный 180°/N, где N - число слоев полимерных нановолокон.

Микроволновое поглощение заявляемого защитного покрытия исследовалось в диапазоне частот 4-80 ГГц на волноводных измерительных линиях для случая нормально падающего электромагнитного (ЭМ) излучения. Определялись действительные и мнимые части диэлектрической (ε', ε'') и магнитной (µ', µ'') проницаемостей и коэффициенты потерь ЭМ волны при отражении (R): R=-10·lg(W_R/W) дБ, где W, W_R - мощности соответственно падающей и отраженной волн. Для поглощения ЭМ излучения гранулированной структурой необходимо иметь большие значения ε'' и µ'', а также волновой импеданс Z=[(µ'+i µ'')/(ε'+i ε'')]^1/2 должен быть близок к единице. Как было установлено авторами, защитное покрытие имеет большие значения µ', µ'', ε', ε''.

Пример 1. Получали защитное покрытие в виде двух слоев нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами кобальта размером до 0,05 мкм при содержании кобальта 0,4 мас.% и гидрогенезированного углерода 99,6 мас.% в верхнем слое и при содержании кобальта 60 мас.% и гидрогенизированного углерода 40 мас.% в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением графитовой и кобальтовой мишеней в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и кобальта 1:1. Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 90° с нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли синтетическим клеем "Элатон" на основе латекса. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 2. Получали защитное покрытие также как в примере 1, но при содержании кобальта 0,5 мас.% и гидрогенезированного углерода 99,5 мас.% в верхнем слое и при содержании кобальта 80,0 мас.% и гидрогенизированного углерода 20,0 мас.% в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением графитовой и кобальтовой мишеней в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и кобальта 1:1. Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 90° с полимерными нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли синтетическим клеем "Элатон". Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 3. Получали защитное покрытие в виде двух слоев нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами никеля размером до 0,05 мкм при содержании никеля 0,5 мас.% и гидрогенезированного углерода 99,5 мас.% в верхнем слое и при содержании никеля 99,0 мас.% и гидрогенизированного углерода 1,0 мас.% в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением графитовой и никелевой мишеней в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и никеля 1:1. Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 90° с полимерными нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли синтетическим клеем "Элатон". Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 4. Получали защитное покрытие в виде двух слоев нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами железа размером до 0,05 мкм при содержании железа 5 мас.% и гидрогенезированного углерода 95 мас.% в верхнем слое и при содержании железа 100 мас.% в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением (графитовой и железной мишеней для верхнего слоя волокон и железной мишени для нижнего слоя волокон) в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и железа 1:1 (для верхнего слоя). Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 90° с полимерными нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 5. Получали защитное покрытие в виде двух слоев нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами кобальта размером до 0,05 мкм при содержании кобальта 0,3 мас.% и гидрогенизированного углерода 99,7 мас.% в верхнем слое и при содержании кобальта 79 мас.% и гидрогенизированного углерода 21 мас.% в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением графитовой и кобальтовой мишеней в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и кобальта 1:1. Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 90° с полимерными нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 6. Получали защитное покрытие в виде двух слоев нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами никеля размером до 0,05 мкм при содержании никеля 0,4 мас.% и гидрогенизированного углерода 99,6 мас.% в верхнем слое и при содержании никеля 79 мас.% и гидрогенизированного углерода 21 мас.% в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением графитовой и кобальтовой мишеней в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и никеля 1:1. Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 80° с полимерными нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 7. Получали защитное покрытие в виде двух слоев нановолокон с нанесенной на нити пленкой толщиной 500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами твердого раствора из кобальтового феррита CoFe₂O₄, никелевого феррита NiFe₂O₄ и марганцевого феррита MnFe₂O₄ (кобальтовый феррит CoFe₂O₄ - 10 мас.%; никелевый феррит NiFe₂O₄ - 45 мас.%; марганцевый феррит MnFe₂O₄ - 45 мас.%) размером до 0,05 мкм при содержании твердого раствора указанных выше ферритов 0,5 масс.% и гидрогенизированного углерода 99,5 мас.% в верхнем слое и при содержании твердого раствора указанных выше ферритов 80 мас.% и гидрогенизированного углерода 20 мас.%. в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением графитовой мишени и мишени из твердого раствора ферритов в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и твердого раствора ферритов 1:1. Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 90° с полимерными нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 8. Получали защитное покрытие в виде трех слоев нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами твердого раствора из кобальтового феррита CoFe₂O₄, никелевого феррита NiFe₂O₄ и марганцевого феррита MnFe₂O₄ (кобальтовый феррит CoFe₂O₄ - 80 мас.%; никелевый феррит NiFe₂O₄ - 10 мас.%; марганцевый феррит MnFe₂O₄ -10 мас.%) кобальта размером до 0,05 мкм при содержании твердого раствора указанных выше ферритов 10 мас.% и гидрогенизированного углерода 90 мас.%. в верхнем слое и при содержании твердого раствора ферритов 99 мас.% и гидрогенизированного углерода 1,0 мас.%. в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением графитовой мишени и мишени из твердого раствора ферритов в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и твердого раствора ферритов 1:1. Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 60° с полимерными нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 9. Получали защитное покрытие в виде трех слоев нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами сплава кобальта (10 мас.%), никеля (45 мас.%) и железа (45 мас.%) размером до 0,05 мкм при содержании сплава 1,0 мас.% и гидрогенизированного углерода 99,0 мас.% в верхнем слое, при содержании сплава 30,0 мас.% и гидрогенизированного углерода 70,0 мас.% в среднем слое и при содержании сплава кобальта, железа и никеля 99,0 мас.% и гидрогенизированного углерода 1,0 мас.% в нижнем слое. Пленки получали магнетронным распылением графитовой мишеней и мишени из сплава кобальта, железа и никеля в аргоно-водородной рабочей среде при давлении 5 мТорр, при содержании аргона 80 мас.% и водорода 20 мас.%, при плотности ионного тока 10^-2 А/см², скорости роста пленки 5 нм/мин и при соотношении потоков углерода и сплава 1:1. Полимерные нановолокна в верхнем слое составляли угол φ примерно 60° с полимерными нановолокнами нижнего слоя. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 10. В тех же условиях, что в примере 1, получали защитное покрытие в виде четырех слоев полимерных нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 700 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами никеля размером до 0,05 мкм. В верхнем слое содержалось частиц никеля 0,5 мас.% и гидрогенизированного углерода 99,5 мас.%, во втором сверху слое содержалось частиц никеля 35 мас.% и гидрогенизированного углерода 65 мас.%. В третьем слое содержалось частиц никеля 65 мас.% и гидрогенизированного углерода 35 мас.%, и в четвертом (нижнем) слое содержалось частиц никеля 99 мас.% и гидрогенизированного углерода 1,0 мас.%. Угол φ между полимерными нановолокнами соседних слоев составлял примерно 45°. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 11. В тех же условиях, что в примере 1, получали защитное покрытие в виде четырех слоев полимерных нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 700 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами кобальта размером до 0,05 мкм. В верхнем слое содержалось частиц кобальта 1,0 мас.% и гидрогенизированного углерода 99,0 мас.%, во втором сверху слое содержалось частиц кобальта 35 мас.% и гидрогенизированного углерода 65 мас.%. В третьем слое содержалось частиц кобальта 70 мас.% и гидрогенизированного углерода 30 мас.%, и в четвертом (нижнем) слое содержалось частиц кобальта 99 мас.% и гидрогенизированного углерода 1,0 мас.%. Угол φ между полимерными нановолокнами соседних слоев составлял примерно 45°. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 12. В тех же условиях, что в примере 1, получали защитное покрытие в виде четырех слоев полимерных нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 700 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами железа размером до 0,05 мкм. В верхнем слое содержалось частиц железа 0,5 мас.% и гидрогенизированного углерода 99,5 мас.%, во втором сверху слое содержалось частиц железа 40 мас.% и гидрогенизированного углерода 60 мас.%. В третьем слое содержалось частиц железа 75 мас.% и гидрогенизированного углерода 25 мас.%, и в четвертом (нижнем) слое содержалось частиц железа 99 мас.% и гидрогенизированного углерода 1,0 мас.%. Угол φ между полимерными нановолокнами соседних слоев составлял примерно 45°. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 13. В тех же условиях, что в примере 1, получали защитное покрытие в виде четырех слоев полимерных нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 1500 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами никеля размером до 0,05 мкм. В верхнем слое содержалось частиц никеля 0,4 мас.% и гидрогенизированного углерода 99,6 мас.%, во втором сверху слое содержалось частиц никеля 35 мас.% и гидрогенизированного углерода 65 мас.%. В третьем слое содержалось частиц никеля 45 мас.% и гидрогенизированного углерода 55 мас.%, и в четвертом (нижнем) слое содержалось частиц никеля 76 мас.% и гидрогенизированного углерода 24 мас.%. Угол φ между полимерными нановолокнами соседних слоев (1-й и 2-й слои) составлял примерно 60°. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Пример 14. В тех же условиях, что в примере 1, получали защитное покрытие в виде четырех слоев полимерных нановолокон с нанесенной на слои пленкой толщиной 1000 нм из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами сплава кобальта (15 мас.%), никеля (45 мас.%) и железа (40 мас.%) размером до 0,05 мкм. В верхнем слое содержалось частиц сплава 0,4 мас.% и гидрогенизированного углерода 99,6 мас.%, во втором сверху слое содержалось частиц никеля 30 мас.% и гидрогенизированного углерода 70 мас.%. В третьем слое содержалось частиц сплава 45 мас.% и гидрогенизированного углерода 55 мас.%, и в четвертом (нижнем) слое содержалось частиц сплава 79 мас.% и гидрогенизированного углерода 21 мас.%. Угол φ между полимерными нановолокнами соседних слоев составлял примерно 10°. Слои скрепляли клеем 88Н. Результаты измерений коэффициента отражения (R), диапазон частот поглощения, толщины и веса полученного защитного покрытия приведены в таблице 1 на фиг.5.

Из вышеприведенных примеров следует:

- при изготовлении защитных покрытий с содержанием частиц ферромагнитного или ферримагнитного материала менее 0,5-10 мас.% в пленке из гидрогенизированного углерода на наружном слое полимерных нановолокон и менее 80 мас.% в пленке, нанесенной на слой полимерных нановолокон, прилегающий к защищаемой поверхности, происходит ухудшение свойств защитного покрытия, в частности уменьшение абсолютной величины коэффициента отражения |(R)| ниже минимально приемлемого значения (10 дБ) и сужение частотного диапазона радиопоглощения;

- при изготовлении радиопоглощающих покрытий с направлением рядов нитей смежного слоя на угол, иной чем 180°/N происходит ухудшение свойств защитного покрытия, в частности уменьшение абсолютной величины коэффициента отражения |(R)| ниже минимально приемлемого значения (10 дБ) и сужение частотного диапазона радиопоглощения.

Таким образом, заявляемое радиопоглощающие покрытие является эффективным поглощающим СВЧ-излучение материалом на частотах больших 5 ГГц.

Проводилась оценка поглощения акустического сигнала в диапазоне частот от 315 Гц до 10000 Гц защитным покрытием на основе слоев полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала. Примененные средства измерений приведены в таблице 2 на фиг.6. Измерения проводились в незаглушенном звукомерном помещении с подглушением (НЗПП), поглощающий материал крепился на измерительный ящик, в который была установлена головка громкоговорителя 0,5ГД-35К, между головкой и измерительным микрофоном. Расстояние от измерительного микрофона до головки - 0,25 м. Частотная характеристика (ЧХ) головки записывалась в диапазоне частот от 315 Гц до 10000 Гц.

Были получены частотные характеристики (ЧХ) головки при следующих вариантах конструкции защитного покрытия:

- без использования поглощающего материала. Подаваемое на головку напряжение - 0,63 В.

- с использованием защитного покрытия из 2 слоев нановолокон (состав по примеру 2), образец №1. Подаваемое на головку напряжение - 0,63 В.

- с использованием защитного покрытия из 2 слоев нановолокон (состав по примеру 3, ⌀ волокна 7 мкм, поверхностная плотность М=54 г/м²), образец №2. Подаваемое на головку напряжение - 0,63 В.

- с использованием защитного покрытия из 2 слоев нановолокон (состав по примеру 4, ⌀ волокна 1,5 мкм, М=30 г/м²), образец №3. Подаваемое на головку напряжение - 0,63 В.

- с использованием защитного покрытия из 8 слоев нановолокон (состав по примеру 4, ⌀ волокна 1,5 мкм, М=30 г/м²). Подаваемое на головку напряжение - 0,63 В.

- без использования поглощающего материала. Подаваемое на головку напряжение - 1 В.

- с использованием защитного покрытия из 16 слоев нановолокон - образец №4. Подаваемое на головку напряжение - 1 В.

Значения уровней звукового давления, полученные на частотах 315 Гц, 400 Гц, 500 Гц, 630 Гц, 800 Гц, 1000 Гц, 1250 Гц, 1600 Гц, 2000 Гц, 2500 Гц, 3150 Гц, 4000 Гц, 5000 Гц, 6300 Гц, 8000 Гц, 10000 Гц приведены в таблице 3 на фиг.7. Значения уровней звукового давления представлены в дБ без учета начального уровня ЧХ, измеренного шумомером - 79 дБ, и без учета поправок на НЗПП.

В таблице 4 приведены значения уровней звукового давления покрытия без поглощающего материала при различных напряжениях подаваемого на излучающую головку акустического сигнала.

Из данных таблицы 4, приведенной на фиг.8, уровней звукового давления без применения поглощающего материала видно, что при увеличении подаваемого на головку напряжения с 0,63 В на 1 В уровень частотной характеристики головки вырос в среднем на 3 дБ. Таким образом, для сравнения характеристики, полученной с использованием защитного покрытия на основе нановолокон, с остальными характеристиками достаточно вычесть из полученных данных 3 дБ.

В таблице 5 на фиг.9 приведены значения отклонений уровней частотной характеристики головки от первоначальной в дБ при использовании защитных покрытий (образец №1, образец №2, образец №3, образец №4).

В таблице 6 на фиг.10 приведены для сравнения значения отклонений уровней частотной характеристики головки от первоначальной в дБ при использовании защитного покрытия из пенополиуретана, защитных покрытий на основе слоев нановолокон, состав которых соответствует настоящему изобретению: образец №5 (из 2 слоев нановолокон), образец №6 (из 4 слоев нановолокон), образец №7 из 5 слоев нановолокон), образец №8 (из 11 слоев нановолокон) и образец №4 (из 16 слоев нановолокон). Данные для частот выше 1250 Гц для пенополиуретана образцов №5, №6, №7 и №8 получены дополнительно по частотной характеристике.

Из данных таблицы 6 видно, что, с учетом погрешности, образец №7 защитного покрытия, изготовленного в соответствии с изобретением, снижает уровень проходящего через него звукового сигнала на 15 дБ (почти в шесть раз) для частот от 3150 Гц до 10000 Гц, образец №8 защитного покрытия, изготовленного в соответствии с изобретением, снижает уровень проходящего через них звукового сигнала более чем на 15 дБ для частот от 2000 Гц до 10000 Гц и минимум на 3 дБ (почти в полтора раза) для частот от 315 Гц до 1600 Гц, образец №4 защитного покрытия, изготовленного в соответствии с изобретением, снижает уровень проходящего через них звукового сигнала более чем на 15 дБ для частот от 2000 Гц до 10000 Гц и на всех частотах диапазона от 315 Гц до 1600 Гц, кроме 1000 Гц, минимум на 6,5 дБ (более чем в два раза).

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к функциональным покрытиям, обеспечивающим поглощение в СВЧ-диапазоне частот и поглощение в акустическом диапазоне частот. Изобретение может найти применение для повышения скрытности и уменьшения вероятности обнаружения объектов и оборудования морской, наземной, авиационной и космической техники. Защитное покрытие включает по меньшей мере два слоя полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом. На каждый слой полимерных нановолокон вакуумным распылением нанесена пленка из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала. Содержание частиц ферромагнитного или ферримагнитного материала составляет от 0,5-10 мас.% в пленке, нанесенной на внешний слой полимерных нановолокон, до 80-100 мас.% в пленке, нанесенной на слой полимерных нановолокон, прилегающий к защищаемой поверхности. Направление полимерных нановолокон одного слоя составляет с направлением полимерных нановолокон смежного слоя угол φ, равный 180°/N, где N - число слоев полимерных нановолокон. Защитное покрытие обеспечивает скрытность в акустическом диапазоне частот при сохранении расширенного частотного диапазона и повышенной эффективности СВЧ-поглощения. 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл.

1. Защитное покрытие, включающее по меньшей мере два слоя полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала, содержание частиц которого составляет от 0,5-10 мас.% в пленке, нанесенной на внешний слой полимерных нановолокон, до 80-100 мас.% в пленке, нанесенной на слой полимерных нановолокон, прилегающий к защищаемой поверхности, при этом направление полимерных нановолокон одного слоя составляет с направлением полимерных нановолокон смежного слоя угол φ, равный 180°/N, где N - число слоев полимерных нановолокон.

2. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что слои полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала, закреплены на подложке из тканого или нетканого материала.

3. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере два слоя полимерных нановолокон, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного или ферримагнитного материала, закреплены на подложках из тканого или нетканого материала.

4. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве радиопрозрачного материала введен клеящий состав на основе синтетических каучуков и синтетических смол.

5. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что упомянутая пленка нанесена на одну сторону каждого слоя полимерных нановолокон.

6. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что упомянутая пленка нанесена на две стороны каждого слоя полимерных нановолокон.

7. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве ферромагнитного материала введен кобальт.

8. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве ферромагнитного материала введен никель.

9. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве ферромагнитного материала введено железо.

10. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве ферромагнитного материала введен сплав, содержащий кобальт, никель, железо при следующем содержании компонентов, мас.%:
кобальт 10-80
железо 10-45
никель 10-45

11. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве ферримагнитного материала введен кобальтовый феррит CoFe₂O₄.

12. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве ферримагнитного материала введен никелевый феррит NiFe₂O₄.

13. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве ферримагнитного материала введен марганцевый феррит MnFe₂O₄.

14. Защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве ферримагнитного материала введен твердый раствор из кобальтового феррита CoFe₂O₄, никелевого феррита NiFe₂O₄ и марганцевого феррита MnFe₂O₄ при следующем содержании компонентов, мас.%:
кобальтовый феррит CoFe₂O₄ 10-80 никелевый феррит NiFe₂O₄ 10-45 марганцевый феррит MnFe₂O₄ 10-45