«Невидимки» гражданского назначения: STEALTH в пленочном исполнении

ОАО НИИ «Феррит-Домен»:

Лукица И.Г., генеральный директор, к.т.н.; 

Николайчук Г.А, начальник отдела наноматериалов и приборов на их основе, к.т.н.

 

Радиопоглощающие материалы широко используются в оборонной промышленности для снижения радиолокационной заметности. В частности, известный широкой публике термин STEALTH означает комплекс методов, обеспечивающих «радионевидимость» летательной и морской спецтехники за счет применения спецматериалов, особой геометрии форм, компоновки узлов и снижения собственного излучения отдельных элементов. Но следует отметить, что радиопоглощающие материалы имеют значительный потенциал и для гражданских отраслей.

 

В частности, речь идет об использовании радиопоглощающих материалов (далее — РПМ) для защиты биологических объектов от интенсивного радиоизлучения, создании радиогерметичных безэховых испытательных камер, поглотителей энергии в электронных приборах, обеспечении радиосовместимости различных частей аппаратуры. Рыночно привлекательным является применение РПМ в решении проблем защиты цифровой информации от несанкционированного доступа или случайного воздействия мощных радиоизлучений как техногенного, так и природного характера.

 

Одним из лидеров по разработке и производству РПМ, а так же компонентной базы, приборов и изделий на их основе является ОАО НИИ «Феррит-Домен» — дочернее предприятие холдинговой компании «Российская электроника». С момента своего образования (1959 г.), когда был создан Всесоюзный НИИ оксидных материалов — ферритов и ферритовых устройств — и до настоящего времени институт определяет основные тенденции на этом рынке. На сегодняшний день в мире существует только три компании, которые владеют аналогичными ОАО «НИИ «Феррит-Домен» компетенциями производства как самих РПМ, так и соответствующих приборов. Это TRAK Microwave (США), EMS (США) и AFT (Германия).

 

Магнитоэлектронные изделия производства ОАО НИИ «Феррит-Домен» используются практически во всех современных видах вооружений и военной техники (ВВТ), а также в сложной продукции гражданского назначения. Институтом разработаны и выпускаются опытные и эксклюзивные партии продукции, включающие более 450-ти наименований ферритовых приборов СВЧ в волноводном, коаксиальном и микрополосковом исполнении в диапазонах частот от 30 МГц до 150 ГГц для среднего и высокого уровней мощностей, от милливатт до нескольких мегаватт импульсной мощности.

 

Известно, что существует высокий спрос на РПМ в гражданской промышленности, но в настоящее время положительная динамика рынка определяется только ростом объемов гособоронзаказа, темп которого составляет 15–17 % в год. Данная тенденция по оценкам экспертов не изменится в течение ближайших 7-10 лет. 

 

Относительно слабое влияние гражданского сектора экономики на рынок РПМ связано с существенными недостатками современных материалов, снижающих интерес их коммерческого примененения. В частности, они отличаются большой поверхностной плотностью, значительной толщиной и низкой эластичностью. Эти свойства не оправдывают ожидания рынка, поскольку приводят к росту себестоимости изделий и к ограничению их функциональности. Необходимость устранения этих недостатков и создания материалов нового поколения определяет приоритетные направления исследований ОАО НИИ «Феррит-Домен».

 

Институт участвует в выполнении Государственной программы вооружения, федеральных целевых и межведомственных программ, а так же реализует ряд проектов Программы инновационного развития холдинговой компании (интегрированной структуры) ОАО «Российская электроника» на период до 2020 года. Как показали первые результаты выполнения инновационных проектов («Разработка базовой технологии создания микродисперсных и нанокомпозитных керамических материалов, материалов с низкой температурой обжига на полимерных ленточных носителях (LTCC-технология)» и «Разработка и создание производства наноструктурированных широкополосных радиопоглощающих материалов и устройств для решения задач электромагнитной совместимости и снижения радиозаметности стратегически значимых объектов»), большие перспективы открываются по работам, связанных с синтезом материалов нового поколения, с использованием нанотехнологий.

 

При этом наблюдается значительное качественное улучшение характеристик некоторых магнитных материалов. Удалось добиться снижения поверхностной плотности РПМ почти в 10 раз: с 10-12 кг/м2 до ≤1,5 кг/м2. Новые материалы отличаются повышенной прочностью, термостойкостью, устойчивость к климатическому воздействию и агрессивным средам.

 

В частности, в качестве РПМ нового поколения на предмет технологии получения, измерения радиофизических характеристик и перспектив применения были исследованы материалы на основе тонких пленок гидрогенизированного аморфного углерода с ферромагнитными наночастицами. Их нанесение на гибкую подложку из арамидной ткани методом ионно-плазменного магнетронного напыления было реализовано на напылительной установке непрерывного действия марки ZV-1200 Leybold Heraus. В результате были получены эластичные, механически прочные, термостойкие и устойчивые к внешним воздействиям покрытия с поверхностной плотностью до 1,5 кг/м2 с геометрическими размерами 600×700 мм.

 

Основными параметрами полученных пленок, определяющих радиопоглощающие свойства, являются: химический состав, микроструктура и толщина пленки. Микроструктура и химический состав полученных пленок исследовалась на электронном микроскопе VEGA//LMU с энергодисперсионным микроанализатором JNCA Enеrgy 350DC и полевом микроскопе MIRA\ TESCAN. На рис. 1 приведена микроструктура пленки α-CH:(Co) на подложке из арамидной ткани при увеличении в 6000 раз. 

 

 

По результатам исследований микроструктуры пленки состава α-CH: (Ni, Со) были оценены размеры кластеров, составляющих величины от нескольких единиц до десятков нанометров. Толщина пленок определялась как непосредственно на рабочих образцах на срезе арамидной нити, так и на образцах-свидетелях (поликор, кремний). 

 

Отработанные в ходе исследовательских работ технологические режимы получения радиопоглощающего материала обеспечивают высокую скорость роста пленок, их хорошую адгезию и воспроизводимость электромагнитных параметров. Технология производства является экологически чистой и безотходной. Исследования показали уникальный уровень поглощения полученными на основе пленок РПМ покрытиями, который составил не более минус 15 дБ в широком СВЧ-диапазоне, в инфракрасном и оптическом диапазонах — не более минус 20-30 дБ. 

 

На рис. 2 представлена частотная зависимость коэффициента отражения электромагнитного излучения (ЭМИ) в частотном диапазоне 1–40 ГГц для радиопоглощающего покрытия толщиной 4 мм.

 

 

Уникальные свойства разработанного РПМ нового поколения позволяют эффективно решать задачи, связанные с их применением в гражданской промышленности при резком снижении энергозатрат на синтез. При этом радиолокационная заметность наземной, морской, авиационной и космической техники (технология STEALTH) снижается почти на порядок. И это только начало применения нанотехнологий для получения радиопоглащающих материалов в производстве продукции как военного, так и гражданского назначения.