Многослойный композиционный материал для электромагнитного экранирования Советский патент 1992 года по МПК C22C1/09 B32B15/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты радиоаппаратуры,электронных приборов и ЭВМ, а также живых организмов, в том числе человека от электромагнитного излучения (ЭМИ) в условиях производственных и лабораторных помещений, в частности как конструкционный материал для экранирующих устройств.

Известен слоистый материал, состоящий из чередующихся слоев материала на основе железного порошка и электроизоляционного материала из фторопласта.

Недостатком этого материала является невозможность использования его выше 393К, низкие экранирующие характеристики от ЭМИ, сокращенный срок службы при воздействии различного рода излучений, низкая технологичность обработки давлением,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа полотно из нитей аморфных сплавов. Такое полотно выпускается в виде ткани полотняного переплетения из лент, аморфных, магнитомягких, металлических сплавов (АМС) шириной 10 мм, которое может быть соединено с конструкцией экрана склеиванием, прошивкой, точечной сваркой или использовано как прослойка в пластмассовых корпусах.

Недостатком этого материала и изделий с его применением является низкая технологичность и конструктивность, высокий удельный вес конструкций, невозможность самостоятельного применения как несущие конструкции и самостоятельно выдерживать механические нагрузки, разрушение при воздействии вибрации, высоких или

ч VI

о ь,

го о

низких температур, нагрузок, различных видов излучений и времени (в случае использования клеев и пластмасс).

Целью изобретения является снижение удельного веса изделий и повышение конструктивности материала за счет улучшения его пластических и механических характеристик без снижения экранирующих свойств.

Поставленная цель достигается тем, что аморфную ленту располагают в виде дискретных слоев в алюминиевой матрице при следующем соотношении компонентов:

отношение длины элемента L к шагу Т - 0.009-0,9,

отношение толщины элемента h к его длине-0.001-0.3,

отношение толщины элемента h к толщине алюминиевой матрицы Н -0,001-0,1,

отношение толщины элемента h к расстоянию между дискретными слоями t - 0,01-1,0,

число дискретных слоев не менее -2.

В качестве магнитомягкого материала используют ленту из сплавов типа пермаллой.

Предложенный материал является композиционным на основе алюминия или его сплавов, при этом как алюминий, так и аморфный сплав является электропроводным, а надежный контакт между ними обеспечивает электропроводность всей композиции, чего нельзя достичь, используя в качестве основы полимерные материалы. В то же время наличие композиционного аморфного сплава с высокими магнитными свойствами обеспечивает высокие экранирующие характеристики материала.

Аморфные плоские элементы толщиной h располагают в алюминиевой матрице толщиной Н в виде дискретных слоев на расстоянии t один от другого, длина элементов L с промежутком составляет шаг Т (см. чертеж). Элементы в дискретных слоях располагают таким образом, чтобы элемент одного слоя находился под промежутком следующего слоя (в шахматном порядке). Указанное расположение достигают прокаткой.

При отношении длины элемента L к шагу Т менее 0,09 для обеспечения эффектив- ного экранирования требуется значительное увеличение количества дискретных слоев, что является экономически невыгодным и приводит к увеличению веса материала. При отношении L/T более 0,9 происходит расслаивание материала.

Обеспечить отношение толщины элемента h к его длине L менее 0,001 технически не представляется возможным из-за сложности получения мэгнитомягких мате

риалов толщиной менее 10 мкм. При отношении h/L более 0,3 нарушается сплошность из-за необходимости значительных деформаций при получении материала.

Отношение толщины элемента h к толщине алюминиевой матрицы Н менее 0,001 может быть достигнуто или за счет использования магнитомягких материалов толщиной менее 10 мкм, что технически не

0 представляется возможным, или за счет увеличения толщины алюминиевой матрицы, что, в свою очередь, ведет к увеличению веса конструкции. При отношении h/H более 0,1 происходит нарушение сплошности

5 алюминия как при получении материала, так и при изготовлении из него изделий.

Использование материала с одним дискретным слоем приводит к снижению экранирующих свойств изделий. Расположение

0 элементов в шахматном порядке в двух и более слоях обеспечивает перекрытие в направлении нормали к поверхности не менее 80-100%. Кроме того1, исследователями установлено, что увеличение количества ди5 скретных слоев более 5 при прочих равных соотношениях компонентов, не приводит к повышению экранирующих свойств материала.

При отношении толщины элемента h к

0 расстоянию между дискретными слоями t менее 0,01 происходит снижение экранирующих свойств, увеличение толщина материала и его веса. При отношении h/t более 1 происходит нарушение-сплошности алюми5 ний между дискретными слоями, что приводит впоследствии к разрушению материала при изготовлении изделий.

Пример. Листы композиционного материала изготавливали методом прокат0 ки. При использовании листовой алюминий марки АДОМ толщиной 0,5-1,5 мм и ленты толщиной 10-30 мкм из аморфного сплава 71КНСР и сплава 79 НМ (пермаллой). Поверхности алюминиевых листов предваритель5 но очищали (механическим способом), а затем собирали пакеты алюминий-магнито- мягкий сплав-алюминий...-алюминий. Затем пакеты нагревали до температуры, не превышающей температуру рекристаллиза0 ции аморфного сплава и пакеты прокатывали на стане дуо 235 с обжатием 20-30%. Полученные листы отжигали при 300- ,а затем из них вырезали образцы для испытаний на изгиб и для определения зк5 ранирующих свойств.

Испытания на изгиб проводили на полосках шириной 20 мм путем гиба на оправке радиусом 10 мм до появления трещин.

Испытания экранирующих свойств проводили на образцах размером 100x100 мм

путем сравнения двух ЭДС, индуцируемых приемной магнитной антенной, с установкой исследуемого образца между передающей и приемной антеннами и без него. Коэффициент затухания (В) определяли по формуле B 20lgS, где S - отношение ЭДС в приемной антенне без исследуемого образца к ЭДС с исследуемым образцом (Н.Б. Полонский. Конструирование электромагнитных экранов для РЭА. М.: Советское радио, 1979.

Удельный вес образцов по прототипу со стальной основной составляет 7,8 г/см , по аналогу с полистирольной основой - 1,3 г/см3. Удельный вес композиционных материалов по предлагаемому изобретению составляет 2.61-2,78 г/см2.

Результаты испытаний композиционных листов материалов с различными соотношениями дискретных слоев в матрице представлены в таблице.

Примечание: в таблице представлены средние значения коэффициента затухания для диапазона частот 10/30 кГц, при использовании дискретных слоев из аморфных сплавов и пермаллоев,

- количество дискретных слоев для всех испытаний образцов - 3 при общей толщине ,5 мм.

Из представленных данных видно, что заявленные параметры листового композиционного материала обеспечивают снижение удельного веса материала в 2,3-2,5 раза при повышении его конструктивных возможностей, что определяется высокими пластическими свойствами листового материала.

Получение листовых композиционных материалов с чередованием твердой и мягкой составляющих методом прокатки приводит к неравномерной и несимметричной деформации по высоте листа вследствие различного сопротивления деформации слоев металла. В результате а нем появляются дополнительные напряжения растяжения, приводящие к разрыву твердой листовой составляющей композиции. Перераспределение мягкой основы композиции при прокатке приводит к возникновению плотного контакта в местах разрывов по алюминиевой составляющей и образованию каркаса с низким электросопротивлением. Электропроводный каркас с

дискретными слоями ферромагнитной составляющей, имеющей высокую начальную проницаемость (аморфная лента или лента пермаллоя), обеспечивает высокий уровень электромагнитного экранирования при использовании предложенного материала.

Использование предложенного материала в радиоэлектронной аппаратуре позволяет снизить массогабаритные параметры узлов и блоков, подлежащих экранированию, в 2,3-2,5 раз

Формула изобретения

1.Многослойный композиционный материал для электромагнитного экранирования, состоящий из лент аморфных

магнитомягких сплавов, отличающийся тем, что, с целью снижения удельного веса и повышения пластических и механических характеристик материала при сохранении его экранирующих свойств, он дополнительно содержит алюминиевую матрицу, а ленты расположены слоями в алюминиевой матрице в виде дискретных элементов в шахматном порядке при отношении длины элемента к шагу его укладки в слое, равном

0,09-0.9. при отношении толщины элемента к его длине 0,001-0,3, при отношении толщины элемента к толщине алюминиевой матрицы 0,001-0.1 и при отношении толщины элемента к расстоянию между слоями

0,01-0,1.

2.Материал по п. 1,отличающийся тем. что в качестве магнитомягкого материала он содержит ленту из сплава пермаллой.

г.

СИЗ

Использование: для защиты радиоаппаратуры, электронных приборов и ЭВМ, а также живых организмов, в том числе человека, от электромагнитного излучения в условиях производственных и лабораторных помещений, в частности как конструкционный материал для экранирующих устройств. Сущность изобретения: для снижения удельного веса и повышения пластических и механических характеристик материала при сохранении его экранирующих свойств, ленты из магнитомягких сплавов типа пермаллоя располагают в алюминиевой матрице в виде дискретных элементов в шахматном порядке. Такой многослойный композиционный материал получают мето дами обработки металлов давлением, в частности прокаткой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.