zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-5-33-39zldm-2196Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование диэлектрических свойств деструктирующих материалов при нагревеStudy of the dielectric properties of decomposing materials during heatingКрыловВ. П.KrylovV. P.

Виталий Петрович Крылов

249031, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское ш., д. 15

 

Vitalii P. Krylov

15, Kievskoe sh., Obninsk, Kaluga obl., 249031

 

info@technologiya.ruЧирковР. А.ChirkovR. A.

Роман Александрович Чирков

249031, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское ш., д. 15

Roman A. Chirkov

15, Kievskoe sh., Obninsk, Kaluga obl., 249031

 

ЖителевА. Е.ZhitelevA. E.

Александр Евгеньевич Жителев

249031, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское ш., д. 15

Alexandr E. Zhitelev

15, Kievskoe sh., Obninsk, Kaluga obl., 249031

ЗабежайловМ. О.ZabezhailovM. O.

Максим Олегович Забежайлов

249031, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское ш., д. 15

Maksim O. Zabezhailov

15, Kievskoe sh., Obninsk, Kaluga obl., 249031

ОНПП «Технология» имени А. Г. РомашинаРоссияA. G. Romashin ONPP «Technology»Russian Federation2024230520249053339Copyright © Крылов В.П., Чирков Р.А., Жителев А.Е., Забежайлов М.О., 20242024Крылов В.П., Чирков Р.А., Жителев А.Е., Забежайлов М.О.Krylov V.P., Chirkov R.A., Zhitelev A.E., Zabezhailov M.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2196

Диэлектрические свойства материалов при нагреве на сверхвысоких частотах определяют методами, основанными на применении волноводных объемных резонаторов. Однако поскольку при измерении образец находится в закрытом объеме, при определении диэлектрических свойств деструктирующих материалов возникают погрешности, связанные с заполнением объема резонатора и осаждением на его внутренних проводящих поверхностях продуктов разложения образца материала. В работе представлены результаты исследования диэлектрических свойств деструктирующих материалов при нагреве с помощью объемного волноводного резонатора методами, исключающими влияние продуктов деструкции на точность измерений. Для снижения влияния деструктирующих паров, поднимающихся с поверхности образца в процессе деструкции, применяли дополнительные тонкие кварцевые пластины, укладываемые на поверхности образца. Помимо пластин, использовали также кюветы с крышкой, исключающей попадание продуктов деструкции в объем резонатора. Приведена методика учета влияния пластин и кюветы в расчете диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь образца материала при нагреве в объемном резонаторе. Исследованы изменения диэлектрических свойств композиционного материала, состоящего из кварцевой ткани, пропитанной алюмохромофосфатным связующим, и стеклотекстолита из кварцевой ткани, пропитанной фенолформальдегидным связующим, в области температур выше начала деструкции (вплоть до температур, при которых наблюдается потеря конструкционной прочности материалов). Разработанная методика может быть использована при проведении исследований теплофизических свойств деструктирующих материалов для оценки изменения их диэлектрических характеристик в эксплуатационных условиях высокотемпературного нагрева.

The dielectric properties of materials when heated at ultrahigh frequencies are determined by methods based on the use of waveguide cavity resonators. However, as the sample is in the closed volume during measurements, the dielectric properties of destructive material thus determined can contain errors attributed filling of the resonator volume and depositing products of the sample decomposition on the internal conducting surfaces of the resonator. We present the results of studying the dielectric properties of destructive materials under heating in waveguide resonator cavity using methods that exclude the impact of destruction products on the accuracy of measurement. To reduce the influence of destructive vapors rising from the surface of the sample during the destruction process, additional thin quartz plates, placed on the sample surface were used. In addition, cuvettes with a lid were also used to prevent destruction products from entering the resonator volume. A method for taking into account the effect of plates and cuvettes in calculating the dielectric constant and dielectric loss tangent of a material sample when heated in a cavity resonator is presented. Changes in the dielectric properties of a composite material consisting of quartz fabric impregnated with an aluminochromophosphate binder and fiberglass laminate made of quartz fabric impregnated with a phenol-formaldehyde binder were studied in a temperature range above the onset of the destruction (up to temperatures at which loss of the structural strength of the material is observed). The developed method can be used in studying the thermophysical properties of destructive materials to assess changes in their dielectric characteristics under operation conditions of high-temperature heating.

деструктирующие материалыобъемные волноводные резонаторыдиэлектрические свойства композиционных материалов при нагревеdestructive materialswaveguide cavity resonatordielectric properties of composite materials under heatingReferencesЕгоров В. Н. Резонансные методы исследования диэлектриков на СВЧ / Приборы и техника эксперимента. 2007. № 2. С. 5 – 38.Egorov V. N. Resonant methods of a research of dielectrics on UHF / Prib. Tekhn. Éksp. 2007. N 2. P. 5 – 38 [in Russian].Литовченко А. В., Игнатенко Г. К. Некоторые аспекты метрологического обеспечения измерения диэлектрических свойств материалов на сверхвысокой частоте в интервале температур 20 – 1200 °C / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. Т. 76. № 8. С. 66 – 69.Litovchenko A. V., Ignatenko G. K. Some aspects of metrological support of measurement of dielectric properties of materials at an ultrahigh frequency in the spectrum of temperatures 20 – 1200 °C / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2010. Vol. 76. N 8. P. 66 – 69 [in Russian].Крылов В. П. Измерение диэлектрических свойств диоксида кремния на частоте 10 ГГц при нагреве до 1200 °C в цилиндрическом волноводном резонаторе / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 9. С. 47 – 49.Krylov V. P. Measurement of dielectric properties of dioxide of silicon at a frequency of 10 GHz when heating to 1200°C in the cylindrical waveguide resonator / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2007. Vol. 73. N 9. P. 47 – 49 [in Russian].Крылов В. П. Учет погрешностей определения диэлектрической проницаемости методом волноводного резонатора / Метрология. 1994. № 5. С. 33 – 36.Krylov V. P. Accounting of errors of definition of dielectric permeability by method of the waveguide resonator / Metrologiya. 1994. N 5. P. 33 – 36 [in Russian].Егоров В. Н., Кащенко М. В., Онхонов Р. Р. Точность диэлектрических измерений в объемном цилиндрическом H01р резонаторе / Измерительная техника. 2003. № 10. С. 41 – 45.Egorov V. N., Kashchenko M. V., Onkhonov R. R. Accuracy of dielectric measurements in volume cylindrical H01r-resonator / Izmerit. Tekhn. 2003. N 10. P. 41 – 45 [in Russian].Литовченко А. В. Особенности методики обработки результатов точных измерений ε и tg δ на СВЧ при нагреве образца / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. Т. 70. № 4. С. 31 – 36.Litovchenko A. V. Features of a technique of processing of results of exact measurements ε and tg δ on the microwave oven when heating a sample / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2004. Vol. 70. N 4. P. 31 – 36 [in Russian].Литовченко А. В. Высокоточный СВЧ-измеритель ε и tg δ нагреваемых образцов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2002. Т. 68. № 10. С. 35 – 38.Litovchenko A. V. The high-precision microwave measuring instrument ε and tg δ of the heated samples / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2002. Vol. 68. N 10. P. 35 – 38 [in Russian].Литовченко А. В., Игнатенко Г. К. Влияние остаточного электрического зазора между образцом и поршнем резонатора при измерении диэлектрических характеристик материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 11. С. 36 – 40.Litovchenko A. V., Ignatenko G. K. Influence of a residual electric gap between a sample and the piston of the resonator at measurement of dielectric characteristics of materials / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2012. Vol. 78. N 11. P. 36 – 40 [in Russian].Певнева Н. А., Гурский А. Л., Кострикин А. М. Метод свободного пространства с использованием векторного анализатора цепей для определения диэлектрической проницаемости материалов на сверхвысоких частотах / Доклады БГУИР. 2019. № 4. С. 32 – 39.Pevneva N. A., Gursky A. L., Kostrikin A. M. Method of free space with use of the vector analyzer of chains for definition of dielectric permeability of materials at ultrahigh frequencies / Dokl. BGUIR. 2019. N 4. P. 32 – 39 [in Russian].Дьяконова О. А., Казанцев Ю. Н., Каленов Д. С. Измерительный комплекс для определения электромагнитных характеристик материалов резонансным методом с помощью скалярных анализаторов цепей / Журнал радиоэлектроники. 2017. № 7. С. 1 – 7.Dyakonova O. A., Kazantsev Yu. N., Kalenov D. S. A measuring complex for definition of electromagnetic characteristics of materials by a resonant method by means of scalar analyzers of chains / Zh. Radioélektr. 2017. N 7. P. 1 – 7 [in Russian].Фомин Д. Г., Дударев Н. В., Даровских С. Н. Анализ методов измерения диэлектрических свойств материалов в СВЧ диапазоне длин волн / Журнал радиоэлектроники. 2021. № 6. С. 1 – 12. DOI: 10.30898/1684-1719.20216.6Fomin D. G., Dudarev N. V., Darovsky S. N. The analysis of methods of measurement of dielectric properties of materials in the microwave oven the spectrum of lengths of waves / Zh. Radioélektr. 2021. N 6. P. 1 – 12 [in Russian]. DOI: 10.30898/1684-1719.20216.6Li E., Nie Z., Guo G., Zhahg Q. Broadband measurements of dielectric properties of low-loss materials at high temperatures using circular cavity method / Progress in Electromagnetics Research, PIER 92. 2009. P. 103 – 120.Li E., Nie Z., Guo G., Zhahg Q. Broadband measurements of dielectric properties of low-loss materials at high temperatures using circular cavity method / Progress in Electromagnetics Research, PIER 92. 2009. P. 103 – 120.Жителев А. Е., Чирков Р. А., Миронов Р. А., Забежайлов М. О. Исследование свойств деструктирующих материалов при ступенчатом нагреве / XVI международный семинар «Структурные основы модифицированных материалов»: тезисы докладов. — Обнинск, 2021. С. 61 – 64.Zhitelev A. E., Chirkov R. A., Mironov R. A., Zabezhaylov M. O. Research of properties of decomposing materials at step-by-step heating / XVI international seminar «Structural bases of the modified materials MNT-XVI»: theses of reports. — Obninsk, 2021. P. 61 – 64 [in Russian].Баринов Д. Я., Остепенникова О. Г., Мараховский П. С., Зуев Ф. В. Изучение динамики прогрева деструктирующего теплозащитного материала методом математического моделирования температурных полей / Труды ВИАМ. 2019. № 8(80). С. 109 – 118. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-8-109-118Barinov D. Ya., Ostepennikov O. G., Marakhovsky P. S., Zuev F. V. Studying of heating dynamics of decomposing heat protective material by the method of mathematical modeling of temperature fields / Tr. VIAM. 2019. N 8. P. 109 – 118 [in Russian]. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-8-109-118Зальцман Е. Б. Измерение параметров магнитодиэлектриков и ненамагниченных ферритов при помощи прямоугольного резонатора на волну H10 / Радиотехника. 1958. Т. 13. № 10. С. 76 – 80.Zaltsman E. B. Measurement of parameters of magnetodielectrics and not magnetized ferrite by means of the rectangular resonator on H10 wave / Radiotekhnika. 1958. Vol. 13. N 10. P. 76 – 80 [in Russian].Yiguang Wang, Jinling Liu. Aluminum Phosphate-Mullite Composites for High-Temperature Radome Applications / Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2009. N 6. P. 190 – 194. DOI: 10.1111/j.1744-7402.2008.02324Yiguang Wang, Jinling Liu. Aluminum Phosphate-Mullite Composites for High-Temperature Radome Applications / Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2009. N 6. P. 190 – 194. DOI: 10.1111/j.1744-7402.2008.02324Johnston P., Doyle E., Orzel R. Phenolics: A Literature Review of Thermal Decomposition Products and Toxity / Journal of the American College of Toxicology. 1998. Vol. 7. N 2. P. 23 – 35.Johnston P., Doyle E., Orzel R. Phenolics: A Literature Review of Thermal Decomposition Products and Toxity / Journal of the American College of Toxicology. 1998. Vol. 7. N 2. P. 23 – 35.Chen N., Gao S., Huo J., et al. Studies on high-temperature thermal transformation and dielectric property of aluminum-chromium phosphates / Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2014. Vol. 116. N 2. P. 875 – 879.Chen N., Gao S., Huo J., et al. Studies on high-temperature thermal transformation and dielectric property of aluminum-chromium phosphates / Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2014. Vol. 116. N 2. P. 875 – 879.Крылов В. П. Моделирование электромагнитных свойств многокомпонентного материала / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 7. С. 38 – 41. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-7-38-41Krylov V. P. Modeling of electromagnetic properties of multicomponent material / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2018. Vol. 84. N 7. P. 38 – 41 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-7-38-41Бойков А. К., Павлов В. В., Пономарев В. П. и др. Определение характеристик стеклотекстолитов при высоких температурах / В кн.: Материалы антенных обтекателей. — М.: ОНТИ ВИАМ, 1964.Boykov A. K., Pavlov V. V., Ponomarev V. P., et al. Definition of characteristics of steklotekstolit at high temperatures / In book: Materials of radome. — Moscow: ONTI VIAM, 1964 [in Russian].Павлов В. В., Семенова Г. П. Зависимость диэлектрической проницаемости стеклотекстолита от его компонентов / В кн.: Материалы антенных обтекателей. — М.: ОНТИ ВИАМ, 1964.Pavlov V. V., Semenova G. P. Dependence of dielectric permeability of a steklotekstolit on its components / In book: Materials of radome. — Moscow: ONTI VIAM, 1964 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.