Многослойный электромагнитный экран

рана является содержание в магнитном слое до 2 ат. включений немагнитного материала, что значительно ухудшает важные характеристики магнитомягкого слоя, а именно увеличивает коэрцитивную силу (Нс) и снижает магнитную проницаемость (н).Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является многослойный электромагнитный экран, состоящий из магнитных слоев из аморфного сплава кобальт-железо-фосфор, содержащего 15-20 ат. фосфора и немагнитных слоев аморфного сплава кобальт-железо-фосфор, содержащего 32-35 ат. фосфора, полученный на периодическом несимметричном токе 4.Недостатком данного экрана является высокие значения удельного сопротивления (р),равные 200-220 мкОмсм (для сравнения в массивных материалах рм т 10 мкОмсм рс т 5 мкОмсм, что приводит к снижению экранирующего эффекта.В свою очередь, для достижения максимального экранирующего эффекта в качестве проводящих слоев многослойных экранов необходимо использовать материалы с минимальными значениями электрического сопротивления, поскольку глубина проникновения электромагнитной волны (б) пропорционально зависит от величины р. Согласно 2, величина б определяется следующим выражениемб лшсл- (1) где Г - частота электромагнитного поля (Гц)ц - магнитная проницаемость материала экранаб - удельная проводимость материала экрана (Ом см)1.Как видно из (1), с ростом частоты, магнитной проницаемости и удельной проводимости материала экрана (соответственно, со снижением р, поскольку р 1/(5) глубина проникновения электромагнитного поля в проводник снижается, и соответственно толщина экранирующего покрытия, необходимого для эффективной защиты от внещнего излучения, уменьшается. Рассчитанные на основе выражения (1) значения б приведены в табл. 1.Толщина поверхностного слоя мкм) для меди и аморфного сплава Сом е Р дв зависимости от частоты внешнего электромагнитного полямкм при 5 кГц мкм при 50 кГц мкм при 500 кГцОбщими признаками заявляемого изобретения и прототипа является использование в качестве магнитного слоя аморфного сплава Со-Ре-Р, содержащего 15-20 ат. Р, 810 ат. Ре, остальное - Со.Задачей заявляемого изобретения является повыщение эффективности экранирования многослойных электромагнитных экранов.Для выполнения поставленной задачи предложен многослойный электромагнитный экран, содержащий магнитные слои из аморфного сплава кобальт-железо-фосфор и немагнитные слои.Новым, по мнению авторов, является то, что в качестве материала немагнитных слоев используется медь толщиной 1-25 мкм, суммарная толщина магнитных слоев (Ебмагн) составляет 150-350 мкм, общее количество магнитных (Ымагн) и немагнитных (Ымедь) слоев находится в пределах 3 Ымагн Ымедь 99, при этом Миш, (Ымедь 1).Предложенный многослойный электромагнитный экран состоит из слоев магнитного материала с максимальными значениями р. (1-3)105 и слоев немагнитного материала сминимальными значениями р (6-7) мкОмсм и обладает высокими значениями Э 0,010,02. Варьирование в широких диапазонах толщины магнитного (бмагн) и немагнитного(бмддь) слоев позволяет достигать высокой эффективности экранирования в широком диапазоне частот. В многослойной структуре первый и последний слой выполнен из магнитомягкого материала (условие 1 Тмагн(11 медь 1, так как аморфные сплавы обладают повышенными прочностными и коррозионными свойствами, что позитивно влияет на эксплуатационные характеристики экранов.Сущность устройства состоит в том, что заявляемый многослойный электромагнитный экран получают поочередным электроосаждением немагнитного и магнитного слоев. Электроосаждение магнитного слоя проводят из электролита, который готовят следующим образом одновременно растворяют Со 5 О 47 Н 2 О, СоС 126 Н 2 О, МаН 2 РО 2 Н 2 О, в дистиллированной воде при нагревании до 50 С и интенсивном перемешивании, затем в отдельной порции воды растворяют борную кислоту при 80 С. е 5 О 47 Н 2 О, Цитрат натрия и сахарин растворяют отдельно в дистиллированной воде, причем для полного растворения сахарина по каплям добавляют 10 раствор МаОН. Затем все растворенные компоненты сливают в одну емкость и доводят до нужного объема и фильтруют электролит. Электроосаждение немагнитного слоя проводят из электролита, который готовят следующим образом в отдельных порциях дистиллированной воды растворяют С 115 О 45 Н 2 О и 1 Та 4 Р 2 О 710 Н 2 О. Затем раствор пирофосфата натрия при непрерывном перемешивании вливают в раствор С 115 О 45 Н 2 О пока образовавшийся белый творожистый осадок не растворится. Взвешенные соли Ыа 2 НРО 4 Н 2 О и КЫаС 4 Н 4 О 64 Н 2 О растворяют в полученном растворе и доводят его до нужного объема. После корректирования рН электролит фильт руют. Осаждение ведут на периодическом несимметричном токе магнитный слой приДК 40-100 мА/см 2, Да (0,1-0,3)ДК, а медный слой при ДК 5 мА/см 2 и Да 5 мА/см 2. Отношение длительности катодного полупериода к длительности анодного полупериода бь 1 ло 10/1-5/1.Осаждение магнитного слоя. Для приготовления раствора берут навески 160 г СоО 47 Н 2 О 15 г - СоС 126 Н 2 О 20 г - ЫаН 2 РО 2 Н 2 О и растворяют их в 500 мл дистиллированной воды при нагревании до 50 С и интенсивном перемешивании, затем в 100 мл воды растворяют 30 г борной кислоты при 80 С. Навески 50 г Ре 5 О 47 Н 2 О, 10 г цитрата натрия и 1 г сахарина растворяют по отдельности в 100 мл дистиллированной воды, причем для полного растворения сахарина по каплям добавляют 10 раствор ЫаОН. Затем все растворенные компоненты сливают в одну емкость, доводят до 1 л. Кислотность доводят до рН 1,5 с помощью 25 раствора серной кислоты и фильтруют электролит через фильтровальную бумагу типа синяя лента.Осаждение магнитного слоя ведут при температуре 50 С и плотности тока ДК 50 мА/см 2 и Да 10 мА/см 2. За 60 мин осаждается ровное блестящее покрытие толщиной 50 мкм.Осаждение медного слоя. Для приготовления раствора растворяют 35 г С 115 О 45 Н 2 О и 145 г Ыа 4 Р 2 О 710 Н 2 О в 100 мл и 500 мл дистиллированной воды соответственно. Затем раствор пирофосфата натрия при непрерывном перемешивании вливают в раствор С 115 О 45 Н 2 О пока образовавшийся белый творожистый осадок не растворится. Взвешенные соли 95 г Ыа 2 НРО 4 Н 2 О и 25 г КЫаС 4 Н 4 О 4 Н 2 О растворяют в полученном растворе и доводят его до 1 л. После корректирования рН электролита до 8,0 с помощью 25 раствора серной кислоты его фильтруют через фильтровальную бумагу типа синяя лента.Осаждение медного слоя ведут при температуре 36 С и плотности тока ДК 5 мА/см 2 и Да 5 мА/см 2. Отношение длительности катодного полупериода к длительности анодно В 111843 С 12009.04.30го полупериода составляет 10/ 1. За 60 мин осаждается ровное полублестящее покрытие толщиной 30 мкм.Химический состав определен на Оже-спектрометре типа Рег 11 п-Е 1 шег РН 1-660. Аморфность образцов контролировалась на просвечивающем электронном микроскопе(ПЭМ) ЬЕО-906 Е и на дифрактометре ДРОН-3 М в излучении Сока. Толщина экранов определялась металлографическим методом на оптическом микроскопе Саг 1 2 е 155 ш 11 р 100.Магнитная проницаемость определялась баллистическим методом на многослойных покрытиях цилиндрической формы с толщинами медных слоев от 1 до 30 мкм и магнитных слоев от 4 до 100 мкм, общее количество слоев варьировалось от 2 до 119.Измерения удельного электросопротивления медных слоев проводились с помощью стандартной мостовой схемы и цифрового вольтметра. В качестве образцов использовались слои меди в виде полосок толщиной 20-30 мкм, длиной 20 мм и шириной 2 мм, к которым подводились токовые и потенциометрические контакты.Эффективность экранирования (Э) оценивалась из отношения напряженностей электрического или магнитного поля в защищаемой области пространства при наличии экрана(Е, Н) и при отсутствии его (Ео, Но)Для измерения экранирующей способности электромагнитных экранов использовался способ экранирования полупространства от плоской электромагнитной волны бесконечно плоским электромагнитным экраном. В качестве источника электромагнитной волны использовался генератор прямоугольных импульсов тока Г 5-54, от которого сигнал подавался на излучательную катушку. Сигнал, индуцированный в измерительной катушке,измерялся с помощью осциллографа С 1-71. При измерении Э образец размещался перпендикулярно падающей электромагнитной волне между расположенными вдоль одной оси излучательной и измерительной катушками.Изобретение может быть проиллюстрировано несколькими примерами, представленными в табл. 2, из которых видно, что оптимальными режимами осаждения для получения многослойных экранов являются условия, приведенные в примерах Не 3, 4. Многослойные экраны, состоящие из 10 слоев магнитного сплава толщиной по 20 мкм и 9 слоев меди толщиной по 20 мкм, осажденные за 10 ч, обеспечивали эффективность экранирования,равную 0,015 (пример Не 3), что лучше, чем у прототипа. Многослойные экраны, состоящие из 10 слоев магнитного сплава толщиной по 25 мкм и 9 слоев меди толщиной по 20 мкм, осажденные за 11 ч, обеспечивали эффективность экранирования, равную 0,01(пример Не 4), что лучше, чем у прототипа. Снижение толщины медного слоя до 1 мкм(пример Не 2) приводит к повышению удельного электросопротивления и снижению экранирующего эффекта, однако по своим характеристикам экран не уступает прототипу. При выходе за нижнюю границу по бмддь (пример Не 1) экранирующие свойства прототипа вь 1 ше, чем у многослойного экрана. При увеличении толщины медного слоя выше 20 мкм удельное электросопротивление и экранирующий эффект многослойного покрытия практически не изменяются. Однако при бмддь 25 мкм и количестве медных слоев, равном 9(пример Не 5), общая толщина экрана увеличивается на 45 мкм и время его формирования возрастает до 11 ч и 30 мин. В связи с этим верхней границей по толщине медного слоя выбрана величина бмедь 25 мкм, использовать экраны с толщиной бмедь 25 мкм и временем осаждения 13 ч (пример Мг 6) нецелесообразно.При использовании магнитных слоев суммарной толщиной вам 150 мкм (пример Не 8) меньшей, чем у оптимальных образцов (примеры Не 3, 4), магнитная проницаемость и эффективность экранирования многослойного экрана уменьшаются, однако не уступают значениям прототипа. При выходе за нижнюю границу по Хамит (пример Не 7) экранирующая способность многослойных экранов ниже, чем у прототипа. При использованииность не становится выше, чем у экранов с величиной Ебмаш 300 МКМ (пример Не 4). Однако общая толщина экрана увеличивается на 50 мкм и время, необходимое для его формирования, до 13 ч. Поэтому создавать многослойные экраны с Ебмдш 300 мкм и временем осаждения более 13 ч (пример Не 10) с практической точки зрения нецелесообразно.Общее количество магнитных и медных слоев в многослойном экране должно составлять не менее 3. Поскольку магнитная структура, содержащая менее 2 слоев, не является многослойной и не обладает такими отличительными признаками, по отношению к однослойным, как снижение потерь на гистерезис, ослабление эффектов сползания доменных границ, повышенной магнитной проницаемостью. Однако при низком значении Ымащ Ымедь 3, составляющая эффекта экранирования, определяемая ослаблением электромагнитной волны за счет отражения на границах раздела между слоями, снижается(пример Не 12), при этом значения Э сопоставимо со значениями Э прототипа. При выходе за нижнюю границу по соотношению ЫМагН/Ммддь экран, содержащий 1 слой магнитного материала и 1 слой меди, не является многослойным и по своим характеристикам уступает прототипу (пример Не 11). При постоянном значении суммарной толщины многослойного экрана и увеличении соотношения ММагН/Ымедь более чем 10/9 эффективность экранирования увеличивается незначительно. Однако при этом возрастают время и трудозатраты, необходимые для формирования многослойной структуры, поскольку каждый из слоев осаждается в отдельной ванне при своих режимах электролиза. Верхняя граница соотношения ЫМаГН/Ымедь установлена на уровне 50/49 (пример Не 13), поскольку при более вь 1 соких соотношениях ММаГН/Ымедь (пример Не 14) не достигается положительный эффект, а временные и трудовые затраты увеличиваются, что нецелесообразно.Таким образом, изобретение позволяет получать многослойные электромагнитные экраны, состоящие из магнитных слоев из аморфного сплава кобальт-железо-фосфор и разделительных медных слоев, отвечающих совокупности требований, предъявляемых к защитным экранам от внешнего электромагнитного излучения. Данные экраны обеспечивают увеличение эффективности экранирования в 4-5 раз по сравнению с прототипом за счет использования слоев меди с высокой электрической проводимостью.