Способ получения радиопоглощающего покрытия Российский патент 2017 года по МПК H01Q17/00 

Предлагаемое изобретение относится к материалам, поглощающим электромагнитное излучение, и предназначено для применения в виде покрытия, которое наносится на изделие исследовательского медицинского, бытового и другого назначения.

Известны различные способы изготовления материалов и покрытий для поглощения электромагнитного излучения (ЭМИ). Часто такие покрытия называют радиопоглощающими. По одному из способов [1] из графита, керметов и т.п. материалов изготавливают геометрические фигуры (например, цилиндры, конусы) различных размеров и закрепляют их на поверхности в определенном порядке. Недостатком такого способа является большой объем и масса поглощающих устройств. Их обычно применяют для поглощения излучения внутри помещения, закрепляя на стенах и потолках.

Известен также способ [2], по которому в жидкое полимерное связующее или его раствор вводят дисперсный поглощающий наполнитель (графит, феррит, сегнетоэлектрики, металлические сплавы типа "альсифер" и т.п.), а затем полученный жидкий материал наносят на защищаемую металлическую поверхность. Недостатком указанного способа получения радиопоглощающего покрытия является низкое поглощение в тонких слоях, необходимость нанесения большой толщины покрытия для получения высокого поглощения в диапазоне длин волн более 2 мм.

Известен способ изготовления радиопоглощающего покрытия [3], включающий нанесение на основу из по меньшей мере одного слоя переплетенных арамидных высокомодульных нитей вакуумным напылением пленки из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него ферромагнитными кластерами при следующем соотношении компонентов, мас.%: ферромагнитные кластеры 50-80; гидрогенизированный углерод - остальное. Недостатком способа является высокое отражение электромагнитного излучения на низких частотах (до 20 ГГц).

Известно использование в качестве радиопоглощающего покрытия металлического слоя в виде регулярного рисунка, состоящего из незамкнутых фигур различной формы, нанесенного на диэлектрическую подложку [4]. Подобные структуры получили в зарубежной литературе название «метаматериалы». Размеры и форма фигур могут быть различными, например вложенные друг в друга разрезные кольца. Способ изготовления таких структур не описан.

Наиболее близким к предлагаемому способу и принятому в качестве прототипа является способ [5], заключающийся в нанесении радиопоглощающего материала на защищаемую поверхность в несколько слоев с промежуточной сушкой каждого слоя, по крайней мере в один из слоев поглощающего покрытия перед сушкой помещают разрезные кольца из электропроводного материала толщиной более скин-слоя, с различным диаметром, после чего производят сушку этого слоя и наносят следующие слои необходимой толщины.

Данный способ создает покрытие, обладающее коэффициентом поглощения ЭМИ от 5 до 25 дБ в диапазоне частот от 1,75 до 12 ГГц. Недостатком данного способа является большая трудоемкость его изготовления.

Это обусловлено тем, что изготовление разрезных колец и крепление их к основанию слоя осуществляется ручным способом, а именно на оправки из нержавеющей стали наматывают виток к витку константановую проволоку и разрезают по образующей тонкой фрезой или ножницами. Каждое кольцо вручную помещают на поверхность основания слоя образца и закрепляют, например, с помощью клея. Эта процедура является малопроизводительной и не позволяет осуществлять промышленное изготовление радиопоглощающего покрытия. Предлагаемое изобретение устраняет этот недостаток.

Предлагаемое изобретение направлено на создание высокотехнологичного способа изготовления радиопоглощающего покрытия при сохранении радиопоглощающих свойств, присущих прототипу.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения радиопоглощающего покрытия, заключающемся в нанесении на защищаемую поверхность радиопоглощающего материала в несколько слоев, включающем создание по крайней мере в одном из слоев разрезных колец из электропроводного материала толщиной более толщины скин-слоя, создание разрезных колец осуществляют путем магнетронного напыления через маску, окна в которой имеют форму и размеры, соответствующие форме и размерам разрезных колец, а режим напыления выбирают из заданной толщины слоя электропроводного материала.

В частном случае для нанесения покрытия на поверхность, площадь которой превышает площадь маски, напыление ведут шагами, равными длине маски.

В частном случае маску изготавливают из листового металла методом лазерной гравировки.

Пример 1 осуществления предлагаемого способа. Изготавливается маска, имеющая отверстия (окна), по форме и размерам соответствующие форме и размерам разрезных колец. Маска может быть выполнена известными способами из любого материала, обеспечивающего плотное прилегание к подложке, на которую наносится покрытие. Подложкой для нанесения разрезных колец является стеклоткань с фторопластовым покрытием марки ТАФ. Размер листа стеклоткани соответствует размеру маски и составляет 210×300 мм.

Стеклоткань плотно прикрепляется к маске и размещается в вакуумной камере в зоне распыления магнетронного распылительного устройства так, что маска направлена к магнетрону. Вакуумная камера откачивается до давления не более 6×10^-5 Торр. Затем производится напуск аргона в вакуумную камеру до давления (0.5-4)×10^-3 Торр, включается блок питания магнетрона и начинается процесс нанесения металла, в частности меди, на стеклоткань через маску. Время напыления выбирается таким, чтобы толщина напыленного металла была не менее толщины скин-слоя. Толщина скин-слоя для меди на частоте 1 ГГц составляет 2 мкм.

Предложенный способ требует определенных затрат для изготовления маски. После этого изготовление слоя радиопоглощающего материала может повторяться многократно. Причем каждый раз заданный рисунок будет повторяться с высокой точностью и низкими трудозатратами.

Пример 2 осуществления частного случая предлагаемого способа. При необходимости изготовления радиопоглощающего покрытия, площадь которого превышает площадь маски, в качестве подложки используется рулон стеклоткани ТАФ, размеры которого ограничиваются только размерами вакуумной камеры. Длина ткани в рулоне может составлять несколько сотен метров. Маска изготавливается с помощью лазерной гравировки из листовой стали. Ширина маски равна ширине рулона стеклоткани, а длина определяется размером зоны распыления магнетронного распылительного устройства (далее магнетрона).

Рулон стеклоткани помещается в установку вакуумного напыления. Между магнетроном и стеклотканью устанавливается маска. Откачка вакуумной камеры производится до давления 6×10^-5 Торр. Затем производится напуск аргона в вакуумную камеру до давления (0.5-4)×10^-3 Торр, включается блок питания магнетрона и начинается процесс нанесения металла, например меди, на стеклоткань через маску. После нанесения через маску рисунка разрезных колец нужной толщины магнетрон отключается, стеклоткань перемещается на один шаг, равный длине маски, и процесс напыления повторяется. Производительность данного способа составляет не менее 25 метров стеклоткани с рисунком разрезных колец в смену. Воспроизводимость рисунка по всей площади стеклоткани идеальна, чего нельзя добиться при ручном способе изготовления.

Таким образом, предложенный способ достигает поставленный технический результат - высокую технологичность изготовления радиопоглощающего покрытия с характеристиками поглощения ЭМИ, соответствующими прототипу.

Список литературы

1. Ю.К. Ковнеристый, И.Ю. Лазарева. А.А. Раваев. Материалы, поглощающие СВЧ-излучение. М.: Наука, 1982 г., с. 85.

2. Ю.К. Ковнеристый, И.Ю. Лазарева, А.А. Раваев. Материалы, поглощающие СВЧ-излучение. М.: Наука, 1982 г., с. 46, 88.

3. Патент РФ №2228565, МПК H01Q 17/00, приоритет 19.12.2002.

4. Nanostructured Metamaterials European Commission Directorate-General for Research Communication Unit B-1049, Brussels.

http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/pdf/metamaterials-brochure_en.pdf

5. Патент РФ №2200177, МПК C09D 5/32, приоритет 07.08.2001.

Изобретение относится к антенной технике. При получении радиопоглощающего покрытия на защищаемую поверхность наносят радиопоглощающий материал в несколько слоев, при этом по крайней мере в одном из слоев создаются разрезные кольца из электропроводного материала толщиной более толщины скин-слоя. Причём создание разрезных колец осуществляют методом магнетронного напыления через металлическую маску, окна в которой имеют форму и размеры, соответствующие форме и размерам разрезных колец, а режим напыления выбирают из заданной толщины слоя электропроводного материала. Технический результат заключается в повышении технологичности способа изготовления радиопоглощающего покрытия, имеющего высокое поглощение в широком диапазоне длин волн (от долей мм до 2-3 десятков см). 2 з.п. ф-лы.

1. Способ получения радиопоглощающего покрытия, заключающийся в нанесении на защищаемую поверхность радиопоглощающего материала в несколько слоев, включающий создание по крайней мере в одном из слоев разрезных колец из электропроводного материала толщиной более толщины скин-слоя, отличающийся тем, что создание разрезных колец осуществляют путем магнетронного напыления через маску, окна в которой имеют форму и размеры, соответствующие форме и размерам разрезных колец, а режим напыления выбирают из заданной толщины слоя электропроводного материала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для нанесения покрытия на поверхность, площадь которой превышает площадь маски, напыление ведут шагами, равными длине маски.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что маску изготавливают из листового металла методом лазерной гравировки.