Статья: Разработка широкополосного радиопоглощающего покрытия с высокими эксплуатационными свойствами

В заключение для оценки изменения физико-механических свойств образцов покрытия РАН-67 по каждому виду испытаний были проведены измерения прочности связи РПП с подложкой при равномерном отрыве на разрывной машине Instron 3369. Сущность метода заключается в измерении силы, необходимой для разрушения связи между поверхностями РПП и подложки, на которую нанесено РПП. При этом усилие должно действовать перпендикулярно к поверхности соединения. На рис. 6 представлен общий вид схемы для проведения испытаний образцов на отрыв.

Испытания на отрыв образцов размером 50Ч50 мм проводились следующим образом. Со стороны покрытия и со стороны подложки соосно приклеивали металлические цилиндры. Со стороны покрытия кольцевой фрезой покрытие прорезали до подложки. Затем образец закрепляли в зажимном устройстве разрывной машины и проводили испытания до разрушения образца с регистрацией максимальной силы и характера разрушения. Прочность связи РПП с подложкой для каждого образца определялась по формуле:

, (1)

где: F - максимальная приложенная сила, [кгс];

А - площадь поперечного сечения образца, [смІ].

Рис.6. Образец для измерения прочности связи РПП с подложкой при нормальном отрыве.

3. Анализ результатов испытаний

Результаты проведенных испытаний образцов РПП РАН-67 свидетельствуют о том, что покрытие имеет значительные вариации значений коэффициента отражения при изменении температуры. На рис. 7 представлено несколько кривых частотной зависимости в диапазоне от 8 до 18 ГГц коэффициента отражения образца покрытия в интервале температур от минус 70 єС до +180 єС. Для удобства отображения на графике показаны кривые, записанные с шагом 10 єС. Выносными линиями изображены зависимости, полученные в исходном состоянии при комнатной температуре +20 єС, при минимальной температуре минус 70 єС и при максимальной +180 єС.

Охлаждение образца покрытия приводит к смещению зависимости коэффициента отражения в область высоких частот с формированием одного выраженного локального минимума на частоте 17,3 ГГц. При термическом нагреве наоборот происходит смещение частотной зависимости коэффициента отражения в область более низких частот со снижением значения минимума отражения до уровня минус 37 дБ. При этом точно так же формируется единственный локальный минимум частотной зависимости коэффициента отражения в данном диапазоне на частоте 9,9 ГГц. Однако и при нагреве до максимальной температуры, и при охлаждении до минимальной РПП РАН-67 сохраняет свою работоспособность - значения коэффициента отражения удовлетворяют требованиям технических условий (не более минус 15 дБ в диапазоне частот от 8 до 18 ГГц) на данное покрытие независимо от его рабочей температуры. Такие смещения обусловлены значительными изменениями диэлектрической и магнитной проницаемости материала покрытия в данном диапазоне температур.

Рис.7. Частотная зависимость коэффициента отражения РПП РАН-67 в диапазоне температур от минус 70 єС до +180 єС.

На рис. 8 приведены зависимости коэффициента отражения образца покрытия РАН-67 от температуры на фиксированных частотах 2, 7, 8, 10, 12, 16, 18, 19 и 23 ГГц. Анализ результатов показывает, что наибольшие изменения коэффициента отражения наблюдаются на частотах в окрестности формирования локальных минимумов частотной зависимости коэффициента отражения: 10 и 18 ГГц.

Рис. 8. Зависимости коэффициента отражения образца РПП от температуры на частотах 2, 7, 8, 10, 12, 16, 18, 19 и 23 ГГц.

Стоит отметить, что при температуре приблизительно минус 45 єС у покрытия РАН-67 наблюдается фазовый переход. Такой вывод можно сделать по характерному излому кривых зависимости коэффициента отражения от температуры на рис. 8.

РПП РАН-67 является стойким к воздействию повышенной влажности в течение 1000 часов. Результаты испытаний образцов покрытия на стойкость к воздействию повышенной влажности, представленные на рис. 9, подтверждают, что зависимость коэффициента отражения от воздействия влажного тепла незначительна.

Рис. 9. Частотная зависимость коэффициента отражения РПП РАН-67 при испытаниях на стойкость к воздействию повышенной влажности.

На рис. 10 приведены результаты испытаний покрытия на стойкость к воздействию термоциклирования. Покрытие РАН-67 демонстрирует слабую зависимость значений коэффициента отражения от воздействия циклических изменений температуры среды - после 60 циклов модуль коэффициента отражения отличается от исходного состояния на величину порядка 1,5 дБ. Обнаружено, что после прохождения 20 циклов значения коэффициента отражения во всем диапазоне от 2 до 24 ГГц остаются практически неизменными. Это связано с прохождением образцами покрытия термостабилизации и завершением процессов отверждения.

Результаты испытаний покрытия РАН-67 на стойкость к продолжительному воздействию пониженных и повышенных температур приведены на рис. 11 и 12. Из графиков видно, что РПП имеет высокую стойкость к воздействию термического старения как при низких (минус 60 єС), так и при высоких (+120 єС) температурах. Покрытие полностью сохраняет свою работоспособность после теплового старения в течение 1000 часов.

Рис. 10. Частотная зависимость коэффициента отражения РПП РАН-67 при испытаниях на стойкость к воздействию термоциклирования.

Рис. 11. Частотная зависимость коэффициента отражения РПП РАН-67 при испытаниях на стойкость к воздействию термостарения при +120 єС.

Рис. 12. Частотная зависимость коэффициента отражения РПП РАН-67 при испытаниях на стойкость к воздействию термостарения при минус 60 єС.

Результаты испытаний покрытия РАН-67 на нормальный отрыв от алюминиевой подложки представлены в таблице 1 и на рис. 13. Для всех образцов, соответствующих различным видам испытаний, разрушение происходило по клею. Значения показателя прочности связи РПП с подложкой при нормальном отрыве показывают, что воздействия внешних факторов не оказывают заметного влияния на физико-механические характеристики покрытия. Изменение внешнего вида покрытия в результате проведенных испытаний незначительно - при визуальном анализе на образцах не обнаружено пузырей, трещин, расслоений, каверн и других дефектов.

Таблица 1. Результаты испытаний прочности покрытия РАН-67 при равномерном отрыве.

Рис. 13. Прочность связи РПП РАН-67 с подложкой по результатам испытаний.

На рис. 14-16 представлены диаграммы обратного рассеяния образца покрытия РАН-67 на металлической подложке, а также металлической пластины того же размера без покрытия на частотах 8, 12 и 18 ГГц при горизонтальной (а) и вертикальной (б) поляризациях электромагнитного поля. Измерения показывают, что нанесение РПП РАН-67 на металлическую пластину размером 200Ч200 мм способно уменьшить ее ЭПР на величину порядка 5…20 дБ при углах падения волны до 85 град в широком диапазоне частот.

а)

б)

Рис. 14. ДОР образца покрытия РАН-67 размером 200Ч200 мм в сравнении с ДОР металлической пластины того же размера на частоте 8 ГГц при горизонтальной (а) и вертикальной (б) поляризации электромагнитного поля

а)

б)

Рис. 15. ДОР образца покрытия РАН-67 размером 200Ч200 мм в сравнении с ДОР металлической пластины того же размера на частоте 12 ГГц при горизонтальной (а) и вертикальной (б) поляризации электромагнитного поля

а)

б)

Рис. 16. ДОР образца покрытия РАН-67 размером 200Ч200 мм в сравнении с ДОР металлической пластины того же размера на частоте 18 ГГц при горизонтальной (а) и вертикальной (б) поляризации электромагнитного поля

Заключение

Стойкость РПП РАН-67 к воздействию повышенных и пониженных температур, термоциклированию, термостарению, повышенной влажности демонстрирует высокую эксплуатационную надежность данного покрытия. При разработке РПП РАН-67 был реализован принцип: «адгезионная прочность выше когезионной». Соблюдение этого принципа исключает возможность отслоения покрытия большими кусками, которые могут повредить конструкцию изделия с антенной платформой. Высокие радиопоглощающие свойства РПП РАН-67 в частотном диапазоне от 8 до 18 ГГц в сочетании с хорошими физико-механическими характеристиками, а также сравнительно небольшой толщиной (порядка 4 мм) и, как следствие, массой позволяют рекомендовать данное покрытие для применения в СШП антенных системах. Материалы данной работы были представлены на Шестой общероссийской научно-практической конференции «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» [6].

Литература

1. Семененко В.Н., Чистяев В.А. Сверхширокополосная методика измерения электрофизических параметров листовых материалов в свободном пространстве // Материалы 20-й Международной крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Сентябрь, 2010, Севастополь, Украина, с. 1091-1092.

2. Семененко В.Н., Чистяев В.А. Подавление эффекта Гиббса при цифровой обработке сигналов для повышения точности измерений параметров материалов // Пятнадцатая ежегодная научная конференция ИТПЭ РАН: Москва, 12-15 мая 2014 г.: Сборник тезисов докладов. М: ИТПЭ РАН, 2014, с. 34-35.

3. ГОСТ 9.719-94 «Методы испытаний на старение при воздействии влажного тепла, водяного и солевого тумана».

4. Семененко В.Н., Кибец С.Г., Чистяев В.А., Политико А.А. Измерение коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в диапазоне рабочих температур // Доклады 2-й Всероссийской Микроволновой конференции, ИРЭ РАН, Москва, 26-28 ноября 2014 г., с. 409-414.

5. Кибец С.Г., Политико А.А., Семененко В.Н., Чистяев В.А. Измерение коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в широком диапазоне температур // Шестнадцатая ежегодная научная конференция ИТПЭ РАН, Москва, 18-21 мая 2015 г., с. 44-45.

6. Иванова В.И., Кибец С.Г., Краснолобов И.И., Лагарьков А.Н., Политико А.А., Семененко В.Н., Чистяев В.А. Разработка широкополосного радиопоглощающего покрытия с высокими эксплуатационными свойствами // Шестая общероссийская научно-практическая конференция «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» («СВЧ-2016») - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2016, с.180-195.