01 Вступ
Адитивне виробництво (AM) кераміки революціонізує проектування та виробництво мікрохвильових електронних компонентів у системах космічного зв’язку. Кераміка незамінна в таких пристроях завдяки своїм чудовим електромагнітним властивостям, високій термічній стабільності та видатній механічній міцності. За допомогою AM можна точно контролювати форму та розміри керамічних матеріалів, що дозволяє їм відповідати суворим вимогам до точності та продуктивності мікрохвильової електроніки. Крім того, компоненти електромагнітного екранування відіграють вирішальну роль у зниженні електромагнітних перешкод і забезпеченні стабільної передачі сигналу. Використання адитивно виготовленої кераміки пропонує новий метод оптимізації ізоляції та підвищення ефективності екранування.
Лазерна та електронно-променева обробка
02 Фільтри додаткового виробництва
Керамічні матеріали виявляють надзвичайно високу хімічну стабільність і стійкість до корозії, що робить їх придатними для тривалого -використання в суворих середовищах як фільтри. Крім того, інтеграція діелектричних матеріалів з АМ сприяє широкому діапазону діелектричної проникності (εr). Той самий діелектричний матеріал може досягати різних значень εr шляхом зміни таких параметрів, як розмір апертури, геометрія та ієрархічна структура. Це дозволяє налаштовувати керамічні фільтри відповідно до конкретних вимог і оптимізувати ефективність і точність фільтрації.
Одним із прикладів є монолітний діелектричний хвилевідний фільтр, виготовлений із застосуванням технології виробництва кераміки-на основі літографії (LCM). Фільтр розроблений для роботи на частоті 11,5 ГГц із смугою пропускання 850 МГц і виготовлений із цілісного-діелектричного диска, покритого сріблом-для імітації функціональності звичайного металевого корпусу. Технологія LCM забезпечує гнучкість дизайну без потреби в спеціальних формах і забезпечує більш точне виготовлення. Металізація керамічних структур підвищує стійкість кераміки до високих температур, стійкість до корозії та ізоляційні властивості, поєднуючи їх із міцністю та провідністю металів для оптимізації продуктивності.
малюнок 1.(a) Діелектричний хвилевідний фільтр четвертого-порядку, (b) BPF на основі напівсферичного резонатора четвертого-порядку, (c) С-діапазонний триплексний фільтр.
Лазерна та електронно-променева обробка
03 Резонатори додаткового виробництва
Резонатори — це електронні пристрої, здатні стабільно коливатися на певних частотах і широко використовуються в генерації частот і обробці сигналів. Мікрохвильові та високочастотні-сигнали зазвичай використовуються в системах супутникового зв’язку та радарах. Висока стабільність і високий коефіцієнт Q-діелектричних резонаторів роблять їх ідеальними для таких застосувань.
Функціональність діелектричних резонаторів заснована на реакції діелектричних матеріалів на електромагнітні хвилі. Швидкість поширення цих хвиль визначається εr матеріалу, тоді як розмір, форма та властивості діелектричного матеріалу, який використовується в резонаторі, впливають на його резонансну частоту. За допомогою AM діелектричні резонатори можна спроектувати та виготовити мініатюрними та високо-продуктивними, адаптованими до різних вимог. Це оптимізує характеристики розповсюдження та відбиття радіолокаційного сигналу. Такий підхід забезпечує більш індивідуальне, точне й-рентабельне виробництво діелектричних резонаторів.
малюнок 2.(a) Структурна схема антени, (b) три-резонатор, (c) одноосьова анізотропна діелектрична резонаторна антена.
Лазерна та електронно-променева обробка
04 Датчики додаткового виробництва
Датчики AM мають переваги від настроюваних і складних геометрій і архітектур. У поєднанні з п’єзоелектричними, термоелектричними та п’єзорезистивними властивостями керамічних матеріалів вони забезпечують високу-точність і високу{2}}ефективність датчиків.
Керамічні п’єзоелектричні датчики, що характеризуються унікальною електромеханічною поведінкою зв’язку, стають все більш важливими в аерокосмічній галузі. Вони забезпечують точний моніторинг тиску, температури та вібрації та широко використовуються для оцінки умов роботи двигунів, фюзеляжів та інших критичних аерокосмічних компонентів.
Через притаманну кераміці крихкість розробка гнучкої кераміки стала ключовим напрямком досліджень. Щоб вирішити цю проблему, був розроблений гнучкий керамічний композитний датчик тиску з використанням DLP AM, який поєднує BaTiO3 з MWCNT у фоточутливій смолі для оптимізації діелектричних характеристик і механічної гнучкості. Як показано на малюнку, для підвищення чутливості розроблено структуру концентрації напруги-у формі пісочного годинника-. Аналіз кінцевих елементів і експерименти підтвердили покращену лінійну чутливість у широкому діапазоні тиску, демонструючи можливість використання DLP у високо-ефективних гнучких датчиках.
малюнок 3.(a) Гнучкий ємнісний датчик тиску, (b) гнучкі п'єзоелектричні композити та схема маленького робота.
Лазерна та електронно-променева обробка
05 Висновок
Адитивне виробництво кераміки дозволяє налаштовувати керамічні властивості, такі як висока термостійкість, низька теплопровідність і відмінне електромагнітне екранування, що робить їх ідеальними для аерокосмічного застосування, включаючи системи зв’язку, радари та тепловий захист. У порівнянні з традиційним виробництвом, AM пропонує значні переваги для складних керамічних компонентів, забезпечуючи більшу гнучкість дизайну для створення складних геометрій і легких структур. Це особливо цінно в аерокосмічній галузі, де зменшення ваги може істотно підвищити паливну ефективність і продуктивність.
AM також підтримує інтеграцію компонентів, поєднуючи кілька функцій-таких як структурна цілісність, термічний опір і електромагнітне екранування-в одній частині, таким чином зменшуючи кількість компонентів і спрощуючи збірку. Крім того, ці технології дозволяють швидко створювати прототипи та коригувати дизайн на основі відгуків про продуктивність.
