Электропроводящие компоненты.

B экранирующих и поглощающих ЭМЭ материалах на основе полимерных диэлектриков (связующих, в том числе, модифицированных, с собственной электрической и магнитной проводимостью) электропроводящие компоненты выполняют роль наполнителей, определяющих, прежде всего электрофизические свойства электропроводящих композиций.

В качестве электропроводящих фаз используют углеродные (технический углерод, графит, сажа, углеродные и графитизированные волокна и текстильные формы из них - нити, жгуты, ленты, ткани, коксы, фуллерены, астралены - многослойные углеродные наночастицы, нанотрубки) и металлические (порошки, волокна, хлопья, металлизированные стеклянные, углеродные, полимерные волокна) материалы.

Электрические свойства переходных форм углерода определяются делокализованными -электронами. По величине и характеру электропроводности углеграфитовые материалы являются полупроводниками, причем углеродные волокна по типу проводимости относят к органическим полупроводникам, а графит и графитизированные волокна охватывают область от полупроводников до проводников.

Электрические свойства волокон зависят от типа исходного сырья и предельной температуры пиролиза.

Использование технического углерода в виде графита и саж обусловлено их высокой дисперсностью и электропроводностью.

Используя термопластичные и термореактивные полимеры и эластомеры в качестве связующих и электропроводящие вещества в качестве наполнителей получают композиционные электропроводящие материалы (ЭПМ). В зависимости от _v ЭПМ используются для изготовления нагревательных элементов, в качестве антистатических материалов, токопроводящих клеев, лаков, эмалей, покрытий, радиоэкранирующих и радиопоглощающих материалов.

Электропроводность ЭПМ определяется дисперсностью токопроводящих компонентов, их объемным содержанием и равномерностью распределения в объеме ЭПМ. При слишком малой степени наполнения расстояние между токопроводящими частицами не допускает перемещения электронов, что, собственно, и является электропроводностью. При критических и выше концентрациях электропроводящих наполнителей расстояние между ними сокращается настолько, что формируются электропроводящие пути.

Магнитные компоненты.

Для характеристики магнитных свойств материалов используют следующие критерии:

1. Магнитная восприимчивость, К_м устанавливает связь намагниченности М с напряжённостью Н внешнего магнитного поля, К_m=М/Н

2. Магнитное насыщение, максимально возможное значение намагниченности, М

3. Коэрцитивная сила - значение напряжённости магнитного поля Н_С , необходимое для полного размагничивания ферромагнитного материала

4. Магнитная индукция B=µ₀(H+M), плотность магнитного потока, сумма внешнего (Н) и внутреннего (М) магнитных полей, магнитная постоянная µ₀=4π=12,56·10^-7 Гн/м

5. Остаточная индукция В_г - индукция магнитного поля при значениях +H_S=0; B_s - индукция насыщения (полная ориентация векторов намагниченности вдоль поля)

6. К-константа кристаллографической магнитной анизотропии, удельная энергия, Дж/м², затрачиваемая не перемагничивание. Намагничивание ферромагнетика идёт тем легче, чем меньше К. В сплавах из компонентов с положительными и отрицательными значениями К, К=0, например, у сплавов системы Fe-Ni

7. Точка Кюри, Q - температура, при которой полностью исчезает параллельная ориентация векторов намагниченности (магнитный момент равен нулю), переход ферромагнетика в парамагнитное состояние

8. Магнитная проницаемость  характеризует интенсивность роста индукции В при увеличении напряжённости Н намагничивающего поля (в системе СГС µ=В/Н), тангенсу угла наклона к первичной кривой намагничивания В= f(H). Различают относительную µ_отн= 1+К_m, начальную µ_н при Н=0, максимальную µ_max .

Ферромагнетики характеризуются большим значением магнитной восприимчивости (к_m >> 1), а также её нелинейной зависимостью от напряжённости поля Н и температуры. Железо, никель, кобальт и редкоземельный металл гадолиний имеют чрезвычайно большое значение К_m~10⁶. Их способность сильно намагничиваться широко используется в технике.

При взаимодействии ферромагнетиков с магнитной составляющей электромагнитной энергии она поглощается по нескольким механизмам:

• Потери при перемагничивании на гистерезис, количественно оцениваются площадью, ограниченной кривыми петли гистерезиса

• Потери (тепловые), связанные возникновением при перемагничивании токов Фуко и переходом ЭМЭ в тепловую

• Потери ЭМЭ благодаря поглощению энергии на поворот плоскости поляризации ЭМ волны (эффект Фарадея)

• Потери как результат сдвига по фазе на угол вектора напряжённости Н и индукции В магнитного поля. Мерой потерь являются значения µ" иtgδ_µ=µ"/',характеризующие часть энергии переменного магнитного поля, необратимо преобразующейся в магнетике в тепло

• Потери при избирательном поглощении ЭМЭ СВЧ диапазона (f 800 МГц) при частотах, совпадающих с собственной частотой магнитного момента ферромагнетика (ферромагнитный резонанс). Резонанс проявляется в уменьшении µ' и росте µ" в некоторой области поля ∆Н₀ (рис.71),в резком возрастании tgδ_µ.Эффективность СВЧ ферритов характеризуют шириной интервала ∆Н₀ резонансной кривой на уровне половины высоты резонансного максимума.

Металлические магнитные материалы.

Магнитомягкие материалы (особо чистое железо, низкоуглеродистые электротехнические стали нелегированные и кремнистые, прецизионные низкокоэрцитивные сплавы на железной и железоникелевой основе, порошковые ферро- и ферримагнитные и композиционные магнитодиэлектрические материалы) намагничиваются в слабых магнитных полях вследствие большой магнитной проницаемости и малых потерь на перемагничивание.

Низкочастотные магнитомягкие материалы с высокой индукцией насыщения используют для эксплуатации в магнитных полях напряжённости от 10² до 5∙10⁴ А/м.

Ферриты представляют собой магнитную керамику, получаемую спеканием оксида железа с оксидами других металлов. Высокоплотные ферриты с регулируемым размером зёрен изготавливают горячим прессованием.

По магнитным свойствам ферриты уступают металлическим ферромагнетикам и не могут с ними конкурировать в области низких частот. Ферриты имеют невысокую индукцию насыщения, относительно большую коэрцитивную силу и невысокую температуру точки Кюри, что ограничивает их рабочую температуру и ухудшает температурную стабильность свойств. Ферриты - твёрдые и хрупкие материалы, обрабатывать которые можно только алмазным инструментом.

По строению ферриты представляют собой ионные кристаллы. Их кристаллическую решётку образуют отрицательные ионы кислорода и положительные ионы металлов.

Никель-цинковые ферриты отличаются высоким удельным электрическим сопротивлением и малыми потерями, поэтому их используют при более высоких частотах (до 200 МГц) и подразделяют на три группы:

1. Ферриты первой группы не содержат специальных присадок и применяются для работы в слабых и средних полях на частотах до 2 МГц.

2. Ферриты второй группы содержат 50% Fe₂0₃ и 1-8% других оксидов. Их применяют для работы на частотах до 55 МГц.

3. Ферриты третьей группы содержат избыток Fe₂0₃ (54-59%), а также присадки кобальта и других оксидов. Они имеют меньше потери на вихревые точки и предназначены для использования в слабых полях на частотах до 220 МГц.

Аморфные металлические магнитные материалы.

Аморфное состояние обеспечивает металлическим материалам свойства, значительно отличающиеся от свойств соответствующих материалов с кристаллической структурой.

Специфика аморфной структуры, по сравнению с кристаллической, в её однородности: нет правильной решётки, но нет и дефектов, резко нарушающих атомный порядок. Эта однородность является важным, с точки зрения процессов намагничивания, обстоятельством, поскольку движение границ магнитных доменов (участков магнетика, намагниченных в одном направлении) в значительной мере определяется их взаимодействием с неоднородностями структуры.

Аморфное состояние обеспечивает металлическим материалам свойства, значительно отличающиеся от свойств соответствующих материалов с кристаллической структурой.

Удельное электрическое сопротивление аморфных металлических материалов в 2-4 раза выше, чем у аналогичных сплавов с кристаллической структурой. В условиях предельно высокого электросопротивления начинают проявляться эффекты, характерные не столько для металлов, сколько для диэлектриков.

Аморфные металлы характеризуются высокой способностью к намагничиванию, малой коэрцитивной силой, высокой индукцией насыщения, прямоугольной петлёй гистерезиса (снижение потерь на гистерезис и вихревые точки).

Из аморфной ленты (фольга и ткань) производятся магнитные экраны для защиты элементов электронных приборов, причем ее механические свойства (в отличие от всех других магнитных материалов) позволяют этим экранам одновременно выполнять функции пружин.

Для снижения коэффициента внутреннего размагничивания N_b:

где: Р - коэффициент объемного ферромагнитного наполнения (степень наполнения, объемная доля наполнителя); µ_н- начальная магнитная проницаемость ферромагнитного наполнителя; µ_р- эффективная магнитная проницаемость полимерного магнитодиэлектрика.

Необходимо увеличение за счет увеличения объема мелкодисперсного наполнителя и равномерного распределения его в диэлектрической матрице.

Сильное размагничивающее действие немагнитных полимерных прослоек между магнитными частицами приводит к необходимости получения композиций с высокими значениями Р. Снизить содержание магнитного наполнителя можно, используя связывающие фазы с высокой магнитопроводностью (допированные электропроводящие и металлсодержащие связующие) и использованием нанодисперсных порошков.