zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-4-28-35zldm-2459Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование диэлектрических свойств высокоэнергетических радиопоглощающих композитовStudy of dielectric properties of high-energy radio-absorbing compositesСивакА. С.SivakA. S.

Антон Сергеевич Сивак, 

410086, г. Саратов, ул. Б. В. Спицына, д. 1.

Anton S. Sivak,

1, ul. B. V. Spitsyna, Saratov, 410086.

ТригорлыйС. В.TrigorlyiS. V.

Сергей Викторович Тригорлый, 

410086, г. Саратов, ул. Б. В. Спицына, д. 1.

Sergey V. Trigorlyi,

1, ul. B. V. Spitsyna, Saratov, 410086.

КалгановаС. Г.KalganovaS. G.

Светлана Геннадьевна Калганова, 

410086, г. Саратов, ул. Б. В. Спицына, д. 1.

Svetlana G. Kalganova,

1, ul. B. V. Spitsyna, Saratov, 410086.

nayka@kontakt-saratov.ruКадыковаЮ. А.KadykovaYu. A.

Юлия Александровна Кадыкова, 

410086, г. Саратов, ул. Б. В. Спицына, д. 1.

Yulia A. Kadykova,

1, ul. B. V. Spitsyna, Saratov, 410086.

СахаджиГ. В.SakhadzhiG V.

Георгий Владиславович Сахаджи,

410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83.

Georgy V. Sakhadzhi,

83, ul. Astrakhanskaya, Saratov, 410012.

sahadj@yandex.ruСивакТ. П.SivakT. P.

Татьяна Павловна Сивак, 

410086, г. Саратов, ул. Б. В. Спицына, д. 1.

Tatyana P. Sivak,

1, ul. B. V. Spitsyna, Saratov, 410086.

ВасинкинаЕ. Ю.VasinkinaE. Yu.

Екатерина Юрьевна Васинкина,

410086, г. Саратов, ул. Б. В. Спицына, д. 1.

Ekaterina Yu. Vasinkina,

1, ul. B. V. Spitsyna, Saratov, 410086.

Научно-производственное предприятие «Контакт»РоссияScientific Production Enterprise «Kontakt»Russian FederationСаратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. ЧернышевскогоРоссияSaratov State UniversityRussian Federation2025250420259142835Copyright © Сивак А.С., Тригорлый С.В., Калганова С.Г., Кадыкова Ю.А., Сахаджи Г.В., Сивак Т.П., Васинкина Е.Ю., 20252025Сивак А.С., Тригорлый С.В., Калганова С.Г., Кадыкова Ю.А., Сахаджи Г.В., Сивак Т.П., Васинкина Е.Ю.Sivak A.S., Trigorlyi S.V., Kalganova S.G., Kadykova Y.A., Sakhadzhi G.V., Sivak T.P., Vasinkina E.Y.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/2459

Решение задач в области СВЧ-электротехнологии, связанных с математическим моделированием, разработкой установок или технологии воздействия электромагнитного поля на объект обработки, требует знания диэлектрических свойств высокоэнергетических радиопоглощающих композитов. В работе представлены результаты расчетно-экспериментального исследования диэлектрических свойств композитных материалов на основе эпоксидной матрицы с различными поглощающими наполнителями. Диэлектрические свойства материалов определяли с использованием волноводного метода, основанного на определении комплексного коэффициента отражения и прохождения электромагнитных волн через рабочую камеру с исследуемым образцом. С помощью моделирования распределения напряженности электрического поля находили оптимальную геометрию электромагнитной волны в измерительной СВЧ-линии (частота — 2450 МГц). Установлено, что использование в качестве поглощающего наполнителя в композите карбида кремния обеспечивает высокую температуру его нагрева при диссипации СВЧ-энергии. При этом результаты натурных измерений диэлектрических свойств композитов с различными наполнителями и численных экспериментов показали сходимость с погрешностью 14 %. Полученные результаты могут быть использованы при создании новых радиопоглощающих композитов на полимерной основе с заданным комплексом функциональных свойств.

The solution of problems in the field of microwave electrotechnology related to mathematical modelling, development of installations or technology of electromagnetic field influence on the processing object requires knowledge of dielectric properties of high-energy radio-absorbing composites. The paper presents the results of computational and experimental study of dielectric properties of composite materials based on epoxy matrix with different absorbing fillers. Dielectric properties of materials were determined using the waveguide method based on the determination of the complex reflection coefficient and passage of electromagnetic waves through the working chamber with the investigated sample. By means of modelling the electric field strength distribution, the optimum geometry of the electromagnetic wave in the measuring microwave line (frequency — 2450 MHz) was found. It was found that the use of silicon carbide as an absorbing filler in the composite is very promising, providing a high temperature of its heating at dissipation of microwave energy. At the same time, the results of in-situ experiment of measuring dielectric properties of composites with different fillers and numerical results showed convergence with an error of 14%. The obtained results can be used in the creation of new radio-absorbing composites on the polymer basis with a given complex of functional properties.

диэлектрические свойстваметод измерениявысокоэнергетический композитпоглощающий наполнительматематическое моделированиеСВЧ-нагревдиссипация энергииdielectric propertiesmeasurement methodhigh-energy compositeabsorbing fillermathematical modellingmicrowave heatingenergy dissipationИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00796 (https://rscf.ru/project/24-29-00796).ReferencesБакина Л. И., Голубев А. Н., Зефиров В. Л. Конструкционные углепластики как перспективный материал для создания радиопоглощающих материалов / Антенны. 2023. № 3(283). С. 71 – 74.Bakina L. I., Golubev A. N., Zefirov V. L. Structural carbon plastics as a perspective material for creation of radio-absorbing materials / Antennas. 2023. No. 3(283). P. 71 – 74 [in Russian].Saeed Fatma S., Ahmed S. Elkorany, Adel A. Saleeb, El-Sayed M. El-Rabaie. Electromagnetic Absorbing Materials / Menoufia Journal of Electronic Engineering Research. 2021. Vol. 30. No. 1. P. 1 – 15. DOI: 10.21608/mjeer.2020.101044Saeed Fatma S., Ahmed S. Elkorany, Adel A. Saleeb, El-Sayed M. El-Rabaie. Electromagnetic Absorbing Materials / Menoufia Journal of Electronic Engineering Research. 2021. Vol. 30. No. 1. P. 1 – 15. DOI: 10.21608/mjeer.2020.101044Кириллов В. Ю., Жуков П. А., Журавлев С. Ю., Томилин М. М. Радиопоглощающие материалы для космических аппаратов / Космические исследования. 2020. Т. 58. № 5. С. 412 – 418.Kirillov V. Yu., Zhukov P. A., Zhuravlev S. Yu., Tomilin M. M. Radio-absorbing materials for spacecraft / Kosmicheskie issledovaniya. 2020. Vol. 58. No. 5. P. 412 – 418 [in Russian].Быченок Д. С., Плющ А. О., Горохов Г. В. Поглотители СВЧ-излучения на основе гофрированных композитов с углеродными волокнами / Журнал технической физики. 2016. Т. 86. № 12. С. 124 – 128.Bychenok D. S., Plyushch A. O., Gorokhov G. V. Absorbers of microwave radiation based on corrugated composites with carbon fibres / Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2016. Vol. 86. No. 12. P. 124 – 128 [in Russian].Гюльмагомедов Н. Х., Лукашенко Ю. И. Влияние нагрева на радиотехнические свойства гибкого радиопоглощающего материала / Вестник МЭИ. 2017. № 4. С. 142 – 145. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-4-142-145Gulmagomedov N. H., Lukashenko Yu. I. Influence of heating on radio engineering properties of flexible radio absorbing material / MPEI Bulletin. 2017. No. 4. P. 142 – 145 [in Russian]. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-4-142-145Chekhonin K. A. Current state and development of the theory of curing high-energy composite polymer materials / Journal of SFU. Mathematics and Physics. 2024. Vol. 17. No. 1. P. 106 – 114.Chekhonin K. A. Current state and development of the theory of curing high-energy composite polymer materials / Journal of SFU. Mathematics and Physics. 2024. Vol. 17. No. 1. P. 106 – 114.Рыбаков А. П., Козлов А. Н., Кучевасов О. В. и др. Модель реакции твердых ракетных топлив на воздействие сверхвысокочастотного излучения / Вестник ИГТУ. 2008. № 2. С. 96 – 98.Rybakov A. P., Kozlov A. N., Kuchevasov O. V., et al. Model of reaction of solid rocket fuels on the impact of ultrahigh-frequency radiation / Vestnik IGTU. 2008. No. 2. P. 96 – 98 [in Russian].Хименко Л. Л., Рыбаков А. П., Рыбаков Н. А., Козлов А. Н. Экспериментальное исследование воздействия электромагнитного СВЧ-излучения на детали из полимерных высокоэнергетических материалов / Прикладная механика и техническая физика. 2014. Т. 55. № 4(326). С. 3 – 10.Khimenko L. L., Rybakov A. P., Rybakov N. A., Kozlov A. N. Experimental study of the effect of electromagnetic microwave radiation on parts made of polymeric high-energy materials / Prikl. Mekh. Tekhn. Fiz. 2014. Vol. 55. No. 4(326). P. 3 – 10 [in Russian].Хасаншин Р. Х., Костюк В. И. Влияние облучения высокоэнергетическими электронами на газовыделение полимерных композиционных материалов / Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2007. № 1 – 2. С. 9 – 16.Khasanshin R. Kh., Kostyuk V. I. Influence of irradiation by high-energy electrons on gas emission of polymer composite materials / Vopr. Atom. Nauki Tekhn. 2007. No. 1 – 2. P. 9 – 16 [in Russian].Kondratev R. V. Microwave solid fuel ignition / Journal of Physics: Conference Series 2094 052054. 2021. P. 1 – 6. DOI: 10.1088/1742-6596/2094/5/052054Kondratev R. V. Microwave solid fuel ignition / Journal of Physics: Conference Series 2094 052054. 2021. P. 1 – 6. DOI: 10.1088/1742-6596/2094/5/052054Usherenko S., Granberg A., Sobolev V. High-energy physical effects at formation of composite materials / Scientific Israel — Technological Advantages. 2010. Vol. 12. No. 1 – 2. P. 128 – 133.Usherenko S., Granberg A., Sobolev V. High-energy physical effects at formation of composite materials / Scientific Israel — Technological Advantages. 2010. Vol. 12. No. 1 – 2. P. 128 – 133.Vasinkina E. Y., Kalganova S. G., Kadykova Yu. A., Levkina N. L. Study of the Properties of Microwave Modified Basalt Fiber Reinforced Epoxy Polymer / Russian Journal of General Chemistry. 2023. Vol. 93. No. 6. P. 1611 – 1615. DOI: 10.1134/s1070363223060361Vasinkina E. Y., Kalganova S. G., Kadykova Yu. A., Levkina N. L. Study of the Properties of Microwave Modified Basalt Fiber Reinforced Epoxy Polymer / Russian Journal of General Chemistry. 2023. Vol. 93. No. 6. P. 1611 – 1615. DOI: 10.1134/s1070363223060361Таранец Е. А., Астахов П. С., Мурзина Е. Д. Оценка влияния предварительной УФ-обработки на биодеградацию пластиковых материалов / Успехи в химии и химической технологии. 2023. Т. 37. № 12(274). С. 170 – 172.Taranets E. A., Astakhov P. S., Murzina E. D. Evaluation of the influence of UV pretreatment on biodegradation of plastic materials / Usp. Khimii Khim. Tekhnol. 2023. Vol. 37. No. 12(274). P. 170 – 172 [in Russian].Крылов В. П., Чирков Р. А., Жителев А. Е., Забежайлов М. О. Исследование диэлектрических свойств деструктирующих материалов при нагреве / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 5. С. 33 – 39. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-5-33-39Krylov V. P., Chirkov R. A., Zhitelev A. E., Zabezhailov M. O. Study of the dielectric properties of decomposing materials during heating / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2024. Vol. 90. No. 5. P. 33 – 39 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-5-33-39Сивак А. С., Калганова С. Г., Кадыкова Ю. А., Чермашенцева Т. П. Изучение диэлектрических показателей наполненных эпоксидных компаундов / II Международ. науч.-техн. конф. «Актуальные вопросы современной науки, технологии и образования»: сб. тр. — Энгельс: СГТУ им. Ю. А. Гагарина, 2021. С. 123 – 126.Sivak A. S., Kalganova S. G., Kadykova Yu. A., Chermashentseva T. P. Study of dielectric indicators of filled epoxy compounds / II Int. sci.-tech. conf. «Current issues of modern science, technology and education»: coll. works. — Engels: SGTU im. Yu. A. Gagarina, 2021. P. 123 – 126 [in Russian].Корсаков В. Г., Алексеев С. А., Сычев М. М. и др. Прогнозирование диэлектрических свойств полимерных композитов на основе термодинамической модели / Журнал прикладной химии. 2007. Т. 80. № 11. С. 1908 – 1912.Korsakov V. G., Alekseev S. A., Sychev M. M., et al. Prediction of dielectric properties of polymer composites based on the thermodynamic model / Zh. Prikl. Khimii. 2007. Vol. 80. No. 11. P. 1908 – 1912 [in Russian].Соннов Н. В., Леухин С. А., Гердт А. Д. Исследование диэлектрических свойств конструкционных радиопоглощающих материалов / Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2021. Т. 1. С. 347 – 350.Sonnov N. V., Leukhin S. A., Gerdt A. D. Investigation of dielectric properties of structural radio-absorbing materials / Élektron. Mikroélektron. SVCh. 2021. Vol. 1. P. 347 – 350 [in Russian].Гайтукиева З. Х., Ахриев А. С., Хасбулатова З. С. и др. Исследование диэлектрических свойств полимерных композитов / Всерос. науч.-практ. конф. «Вузовское образование и наука»: сб. тр. — Магас, 2019. С. 141 – 146.Gaitukieva Z. Kh., Akhriev A. S., Khasbulatova Z. S., et al. Investigation of dielectric properties of polymer composites / All-Russian scientific and practical conference «Higher Education and Science»: coll. works. — Magas, 2019. P. 141 – 146 [in Russian].Архангельский Ю. С. Справочная книга по СВЧ-электротермии. — Саратов: Научная книга, 2011. — 560 с.Arkhangelsky Yu. S. Reference book on microwave electrothermia. — Saratov: Nauchnaya kniga, 2011. — 560 p. [in Russian].Архангельский Ю. С., Тригорлый С. В. Компьютерное моделирование СВЧ электротермических процессов и установок. — Саратов: СГТУ, 2006. — 211 с.Arkhangelsky Yu. S., Trigorly S. V. Computer Modelling of Microwave Electrothermal Processes and Installations. — Saratov: SGTU, 2006. — 211 p. [in Russian].Trigorly S., Yakovlev A., Kalganova S., et al. Mathematical Simulation of Electrodynamic and Thermal Processes in Electrical Process Plants / Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2022. P. 131 – 141. DOI: 10.1007/978-981-16-9376-2_13Trigorly S., Yakovlev A., Kalganova S., et al. Mathematical Simulation of Electrodynamic and Thermal Processes in Electrical Process Plants / Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2022. P. 131 – 141. DOI: 10.1007/978-981-16-9376-2_13Фомин 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: 10.30898/1684-1719.2021.6.6Fomin D. G., Dudarev N. V., Darovskikh S. N. Analysis of methods for measuring the dielectric properties of materials in the microwave wavelength range / Zh. Radioélektron. 2021. No. 6. P. 1 – 12 [in Russian]. DOI: 10.30898/1684-1719.2021.6.6Совлуков А. С. Микроволновые волноводные методы измерений физических величин / Датчики и системы. 2020. № 8(250). С. 35 – 43.Sovlukov A. S. Microwave waveguide methods of measurements of physical quantities / Datchiki Sist. 2020. No. 8(250). P. 35 – 43 [in Russian].Пархоменко М. П., Каленов Д. С., Еремин И. С. и др. Волноводный метод измерений электромагнитных параметров материалов в СВЧ-диапазоне и оценка погрешности измерений / Журнал радиоэлектроники. 2018. № 9. С. 9. DOI: 10.30898/1684-1719.2018.9.6Parkhomenko M. P., Kalenov D. S., Eremin I. S., et al. Waveguide method of measurements of electromagnetic parameters of materials in the microwave range and estimation of measurement error / Zh. Radioélektron. 2018. No. 9. P. 9 [in Russian]. DOI: 10.30898/1684-1719.2018.9.6Иванов В., Шеримов Д., Токарев И., Репин В. Методика измерения диэлектрических свойств материалов на частоте 2,45 ГГц / Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2021. Т. 1. С. 595 – 599.Ivanov V., Sherimov D., Tokarev I., Repin V. Methods of measuring the dielectric properties of materials at 2.45 GHz / Élektron. Mikroélektron. SVCh. 2021. Vol. 1. P. 595 – 599 [in Russian].Архангельский Ю. С. О точности измерений диэлектрических параметров обрабатываемого объекта в СВЧ-электротермии / Вопросы электротехнологии. 2015. № 4(9). С. 108 – 112.Arkhangelsky Yu. S. About accuracy of measurements of dielectric parameters of the processed object in microwave electrothermia / Vopr. Élektrotekhnol. 2015. No. 4(9). P. 108 – 112 [in Russian].Паршин В. В., Серов Е. А., Соболев Д. И. и др. Резонаторный метод исследования диэлектрических характеристик каустобиолитов / Журнал СФУ. Серия: Химия. 2021. Т. 14. № 3. С. 315 – 324. DOI: 10.17516/1998-2836-0239Parshin V. V., Serov E. A., Sobolev D. I., et al. Resonator method for studying dielectric characteristics of caustobiolites / Zh. SFU. Ser. Khimiya. 2021. Vol. 14. No. 3. P. 315 – 324 [in Russian]. DOI: 10.17516/1998-2836-0239Cook R. J., Jones R. G. Correction to open-resonator permittivity and loss measurements / Electronics Letters. 1976. Vol. 12(1). P. 1 – 2. DOI: 10.1049/el:19760001Cook R. J., Jones R. G. Correction to open-resonator permittivity and loss measurements / Electronics Letters. 1976. Vol. 12(1). P. 1 – 2. DOI: 10.1049/el:19760001Широков В. В., Романов А. М. Исследование диэлектрических характеристик стеклосотопласта волноводным методом / Авиационные материалы и технологии. 2013. № 4(29). С. 62 – 68.Shirokov V. V., Romanov A. M. Investigation of dielectric characteristics of glass fiber reinforced plastic by waveguide method / Aviats. Mater. Tekhnol. 2013. No. 4(29). P. 62 – 68 [in Russian].Nicolson A. M., Ross G. F. Measurement of the intrinsic properties of materials by time domain techniques / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1970. Vol. 19. No. 4. P. 377 – 382. DOI: 10.1109/tim.1970.4313932Nicolson A. M., Ross G. F. Measurement of the intrinsic properties of materials by time domain techniques / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1970. Vol. 19. No. 4. P. 377 – 382. DOI: 10.1109/tim.1970.4313932Сивак А. С., Сахаджи Г. В., Калганова С. Г. и др. Влияние СВЧ электромагнитного поля на распределение температуры в композиционных материалах / Электричество. 2023. № 11. С. 27 – 33.Sivak A. S., Sakhadzhi G. V., Kalganova S. G., et al. Influence of microwave electromagnetic field on temperature distribution in composite materials / Élektrichestvo. 2023. No. 11. P. 27 – 33 [in Russian].Тригорлый С. В., Калганова С. Г., Кадыкова Ю. А. и др. Моделирование СВЧ-нагрева диэлектриков с поглощающими СВЧ-энергию наполнителями в камерах с бегущей волной / Вопросы электротехнологии. 2020. № 4(29). С. 15 – 23.Trigorly S. V., Kalganova S. G., Kadykova Yu. A., et al. Modelling of microwave heating of dielectrics with microwave energy-absorbing fillers in chambers with travelling wave / Vopr. Élektrotekhnol. 2020. No. 4(29). P. 15 – 23 [in Russian].Курушин А. А. Решение мультифизических СВЧ-задач с помощью САПР COMSOL. — М.: One-Book, 2016. — 376 с.Kurushin A. A. Solution of multiphysics microwave problems with the help of CAD COMSOL. — Moscow: One-Book, 2016. — 376 p. [in Russian].Jian-Ming J. The Finite Element Method in Electromagnetics. — Wiley-IEEE Press, 2002. — 389 p.Jian-Ming J. The Finite Element Method in Electromagnetics. — Wiley-IEEE Press, 2002. — 389 p.Игошина С. Е., Мухаев Д. А., Крупкин Е. И., Карманов А. А. Моделирование процесса распространения электромагнитных волн в радиопоглощающих Ni-Zn ферритах / Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2023. Т. 20. № 3. С. 329 – 337.Igoshina S. E., Mukhaev D. A., Krupkin E. I., Karmanov A. A. Modelling of the process of electromagnetic waves propagation in radio-absorbing Ni-Zn ferrites / Fund. Probl. Sovr. Materialoved. 2023. Vol. 20. No. 3. P. 329 – 337 [in Russian].Хибель М. Основы векторного анализа цепей. — М.: МЭИ, 2009. — 500 с.Khibel M. Fundamentals of vector analysis of circuits. — Moscow: MEI, 2009. — 500 p. [in Russian].Касаткин А. В., Матвиенко И. В. Жаростойкость силицидных покрытий на молибдене и его сплавах / Неорганические материалы. 1994. Т. 30. № 7. С. 928 – 931.Kasatkin A. V., Matvienko I. V. Heat resistance of silicide coatings on molybdenum and its alloys / Neorg. Mater. 1994. Vol. 30. No. 7. P. 928 – 931 [in Russian].Каргин В. А. Энциклопедия полимеров. — М.: Советская энциклопедия, 1972. — 1052 с.Kargin V. A. Encyclopedia of Polymers. — Moscow: Sovetskaya éntsiklopediya, 1972. — 1052 p. [in Russian].

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