Исследование диэлектрических свойств высокоэнергетических радиопоглощающих композитов

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.

1. Бакина Л. И., Голубев А. Н., Зефиров В. Л. Конструкционные углепластики как перспективный материал для создания радиопоглощающих материалов / Антенны. 2023. № 3(283). С. 71 – 74.

2. 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.2020.101044

3. Кириллов 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.

4. 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.

5. Гюльмагомедов Н. Х., Лукашенко Ю. И. Влияние нагрева на радиотехнические свойства гибкого радиопоглощающего материала / Вестник МЭИ. 2017. № 4. С. 142 – 145. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-4-142-145

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Kondratev R. V. Microwave solid fuel ignition / Journal of Physics: Conference Series 2094 052054. 2021. P. 1 – 6. DOI: 10.1088/1742-6596/2094/5/052054

11. 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.

12. 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/s1070363223060361

13. Таранец 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.

14. 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: 10.26896/1028-6861-2024-90-5-33-39

15. Сивак 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. Архангельский Ю. С. Справочная книга по СВЧ-электротермии. — Саратов: Научная книга, 2011. — 560 с.

20. Архангельский Ю. С., Тригорлый С. В. Компьютерное моделирование СВЧ электротермических процессов и установок. — Саратов: СГТУ, 2006. — 211 с.

21. 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_13

22. 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: 10.30898/1684-1719.2021.6.6

23. Совлуков А. С. Микроволновые волноводные методы измерений физических величин / Датчики и системы. 2020. № 8(250). С. 35 – 43.

24. 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: 10.30898/1684-1719.2018.9.6

25. Иванов 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.

26. Архангельский Ю. С. О точности измерений диэлектрических параметров обрабатываемого объекта в СВЧ-электротермии / Вопросы электротехнологии. 2015. № 4(9). С. 108 – 112.

27. 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: 10.17516/1998-2836-0239

28. Cook 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:19760001

29. Широков В. В., Романов А. М. Исследование диэлектрических характеристик стеклосотопласта волноводным методом / Авиационные материалы и технологии. 2013. № 4(29). С. 62 – 68.

30. 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.1970.4313932

31. Сивак 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.

32. 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.

33. Курушин А. А. Решение мультифизических СВЧ-задач с помощью САПР COMSOL. — М.: One-Book, 2016. — 376 с.

34. Jian-Ming J. The Finite Element Method in Electromagnetics. — Wiley-IEEE Press, 2002. — 389 p.

35. 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.

36. Хибель М. Основы векторного анализа цепей. — М.: МЭИ, 2009. — 500 с.

37. Касаткин А. В., Матвиенко И. В. Жаростойкость силицидных покрытий на молибдене и его сплавах / Неорганические материалы. 1994. Т. 30. № 7. С. 928 – 931.

38. Каргин В. А. Энциклопедия полимеров. — М.: Советская энциклопедия, 1972. — 1052 с.