Разработка радиопоглощающих материалов для высокотемпературного применения

Показана возможность создания радиопоглощающих материалов для высокотемпературного при - менения путем легирования диэлектрической матрицы на основе оксида алюминия или композиции Al₂O₃/TiO₂ резистивными материалами на основе титана Ti–Si–C и Ti–Al–C, жаростойкими сплавами на основе железа в систе мах FeCrNiAl и FeSiAlTi и интерметаллидом TiAl при содержании наполнителя 10–60 мас.%. Резистивные материалы и интерметаллид синтезированы методом механоактивированного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Жаростойкие сплавы получены газовым распылением расплава исходных компонентов. Легирование проводилось в планетарной шаровой мельнице. Основные рефлексы композиций Al₂O₃/Ti–Al–C и Al₂O₃/Ti–Si₂C идентифицированы линиями α–Al₂O₃, MAX-фаз Ti₃AlC₂, Ti₂AlC и Ti₃SiC₂ соответственно. Композиция Al₂O₃/TiO₂/TiAl содержала α–Al₂O₃, TiO₂ и Ti₃Al. У композиций, легированных жаростойкими сплавами, кроме содержания α–Al₂O₃, установлены линии твердого раствора на основе железа Cr_0,03Fe_0,97 у Al₂O₃/FeCrNiAl, а также линии α–Fe, α–Fe₂О₃, TiAl и незначительно Fe₂SiO₄ у Al₂O₃/FeSiTiAl. Основной параметр распределения частиц по размерам d₅₀ = 0,14– 36,5 мкм. Полученные радиопоглощающие материалы на основе Al₂O₃ с проводящими и магнитными наполнителями в диапазоне 8–12 ГГц характеризуются ростом диэлектрической проницаемости ε′ ≈ 5,6–25,0 и ε″ ≈ 0,5–7,9 при увеличении доли наполнителя до 50–60 мас.% и достижением максимальных потерь: tgδ_ε = 0,34 (8,7 ГГц) и tgδ_µ = 0,69 ± 0,08 для магнитосодержащих композиций Al₂O₃/FeSiTiAl при 50 мас.% наполнителя. При концентрациях порядка 35–40 мас.% проявляются признаки перколяционного механизма усиления потерь. Разработанные композиционные материалы рекомендуется использовать в качестве радиопоглощающих покрытий, которые наносятся методами плазменного и газопламенного напыления на элементы техники, эксплуатируемые при температурах до 1000 °С.

1. Saville, P. Review of radar absorbing materials. Technical memorandum DRDC Atlantic TM 2005-003 / P. Saville. – Dartmouth, Nova Scotia: Defence R&D Canada – Atlantic, 2005. – URL: https://scispace.com/pdf/review-of-radar-absorbingmaterials-2bqlhud4r2.pdf

2. Research Progress of High Temperature Absorbing Materials / Jun-Jie Xu, Ling Wang, Xiao-Meng Wang, Hai-Peng Qiu // Advanced Ceramics. – 2024. – Vol. 45, № 3. – P. 189–205. https://doi.org/10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2024.03.001

3. Research Progress on Nanostructured Radar Absorbing Materials / Yanmin Wang, Tingxi Li, Lifen Zhao [et al.] // Energy and Power Engineering. – 2011. – Vol. 3, № 4. – P. 580–584. https://doi.org/10.4236/epe.2011.34072

4. Characterization and performance evaluation of radar absorbing materials / S. Padhy, S. Sanyal, R. S. Meena [et al.] // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. – 2013. – Vol. 27, iss. 2. – P. 191–204. https://doi.org/10.1080/09205071.2013.743447

5. Kaur, R. Review on Microwave Absorbing Material using Different Carbon Composites / R. Kaur, G. D. Aul // International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). – 2014. – Vol. 3, iss. 5. – P. 160–167.

6. Grechko, L. G. Dielectric function of aggregates of small metallic particles embedded in host insulating matrix / L. G. Grechko, V. N. Pustovit, K. W. Whites // Applied Physics Letters. – 2000. – Vol. 76. – P. 1854–1856. https://doi.org/10.1063/1.126190

7. Ильющенко, А. Ф. Научные подходы к созданию радиопоглощающих материалов СВЧ диапазона для работы при повышенных температурах / А. Ф. Ильющенко, С. Г. Барай, Н. В. Насонова // Порошковая металлургия: респ. сб. науч. тр. – Мн.: Бел. навука, 2014. – Вып. 37. – С. 6–13.

8. Балкевич, В. Л. Техническая керамика / В. Л. Балкевич. – М.: Стройиздат, 1984. – 256 с.

9. Структура и свойства порошкового радиопоглощающего материала в системе Al2O3/TiO2/TiAl / А. Ф. Ильющенко, С. Г. Барай, Е. В. Жук [и др.] // Порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка: материалы 14-й Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 9–11 сент. 2020 г. – Мн.: Бел. навука, 2020. – С. 357–363.

10. Сметкин, А. А. Свойства материалов на основе MAX-фаз (обзор) / А. А. Сметкин, Ю. К. Майорова. – Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – 2015. – Т. 17, № 4. – С. 120–137. https://doi.org/10.15593/22249877/2015.4.09

11. Выбор и исследование высокотемпературных наполнителей порошковых радиопоглощающих материалов / А. Ф. Ильющенко, С. Г. Барай, Е. В. Жук [и др.] // Порошковая металлургия: респ. сб. науч. тр. – Мн.: Бел. навука, 2017. – Вып. 40. – С. 31–41.

12. Plasma sprayed Al2O3/FeCrAl composite coatings for electromagnetic wave absorption application / Liang Zhou, Wancheng Zhou, Jinbu Su [et al.] // Applied Surface Science. – 2012. – Vol. 258, iss. 7. – P. 91–96. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.10.119

13. Гринберг, Б. А. Интерметаллиды Ni3Al и TiAl: микроструктура, деформационное поведение / Б. А. Гринберг,

14. М. А. Иванов. – Екатеринбург: УрО РАН, 2002. – 358 с.

15. Возможность использования МАХ-фаз при создании радиопоглощающих материалов / А. Ф. Ильющенко, С. Г. Барай, А. И. Лецко, Н. В. Насонова // Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка: материалы докл. 12-й Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 25–27 мая 2016 г. – Мн.: Бел. навука, 2016. – С. 68–71.

16. Разработка и исследование порошкового радиопоглощающего материала в системе Al2O3-Ti3SiC2 / А. Ф. Иль ю- щенко, С. Г. Барай, Е. В. Жук [и др.] // Порошковая металлургия: респ. сб. науч. тр. – Мн.: Бел. навука, 2018. – Вып. 41. – С. 41–45.

17. Preparation of Ti–Si–C System and their Ceramic Composite Coatings using Gas Flame Spraying for High Temperature Microwave Absorbing Applications / A. Ph. Ilyushchanka, S. G. Baray, A. I. Letsko [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2021. – Vol. 405. – Art. ID 126631 (10 p.). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126631

18. Effect of Ti3SiC2 addition on microwave absorption property of Ti3SiC2/cordierite coatings / Jinbu Su, Wancheng Zhou, Yi Liu [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 270. – P. 39–46. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.03021

19. Использование жаростойкого сплава в качестве поглотителя ЭМИ микроволнового диапазона / А. Ф. Илью- щенко, С. Г. Барай, Е. В. Жук [и др.] // Порошковая металлургия: респ. сб. науч. тр. – Мн.: Бел. навука, 2019. – Вып. 42. – С. 27–35.

20. High-temperature-resistant, mechanically stable FeCrNiAl/Al2O3 thermally sprayed thick ceramic coatings for stealth applications over X-band / A. Ph. Ilyushchanka, S. G. Baray, A. I. Letsko [et al.] // Advanced Engineering Materials. – 2022. – Vol. 24, iss. 10. – Art. ID 2200169 (12 p.). https://doi.org/10.1002/adem.202200169

21. Composition Al2O3/FeSiTiAl for High Temperature Microwave Absorbing Application / A. Ph. Ilyushchanka, S. G. Baray, A. I. Letsko [et al.] // Proceeding of the Euro PM2021 virtual Congress and Exhibition, 18–22 October 2021. – 2021. – P. 201–206.

22. Разработка и исследование высокотемпературного радиопоглощающего материала Al2O3-TiAl / А.Ф. Ильющенко, С. Г. Барай, А. И. Лецко [и др.] // Порошковая металлургия: респ. сб. науч. тр. – Мн.: Бел. навука, 2019. – Вып. 42.– С. 93–100.

23. Dielectric and microwave absorption properties of low power plasma sprayed NiCrAlY/Al2O3 coatings / Liang Zhou, Fa Luo, Shan Cui, Yong Zhang // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2015. – Vol. 26. – P. 3853–3860. https://doi.org/10.1007/s10854-015-2911-9