01 Введение
Аддитивное производство (АП) керамики произвело революцию в проектировании и производстве микроволновых электронных компонентов в системах космической связи. Керамика незаменима в таких устройствах благодаря своим превосходным электромагнитным свойствам, высокой термостойкости и выдающейся механической прочности. С помощью АМ можно точно контролировать форму и размеры керамических материалов, что позволяет им соответствовать строгим требованиям к точности и производительности в микроволновой электронике. Более того, компоненты электромагнитного экранирования играют решающую роль в уменьшении электромагнитных помех и обеспечении стабильной передачи сигнала. Использование керамики, изготовленной аддитивным способом, предлагает новый метод оптимизации изоляционных характеристик и повышения эффективности экранирования.
Лазерная и электронно-лучевая обработка
02 Фильтры аддитивного производства
Керамические материалы обладают чрезвычайно высокой химической стабильностью и устойчивостью к коррозии, что делает их пригодными для долгосрочного-использования в суровых условиях в качестве фильтров. Кроме того, интеграция диэлектрических материалов с АМ способствует созданию широкого диапазона диэлектрических проницаемостей (εr). Один и тот же диэлектрический материал может достигать разных значений εr путем изменения таких параметров, как размер апертуры, геометрия и иерархическая структура. Это позволяет настраивать керамические фильтры в соответствии с конкретными требованиями и оптимизировать эффективность и точность фильтрации.
Одним из примеров является монолитный диэлектрический волноводный фильтр, изготовленный с использованием технологии производства керамики-на основе литографии (LCM). Фильтр предназначен для работы на частоте 11,5 ГГц с полосой пропускания 850 МГц и изготовлен из цельного-диэлектрического диска, покрытого серебром-для имитации функциональности обычного металлического корпуса. Технология LCM обеспечивает гибкость проектирования без необходимости использования нестандартных форм и позволяет повысить точность производства. Металлизация керамических структур усиливает устойчивость керамики к высоким температурам, коррозионную стойкость и изоляционные свойства, сочетая их с прочностью и проводимостью металлов для оптимизации производительности.
Рисунок 1.(а) Диэлектрический волноводный фильтр четвертого-порядка, (б) ПФ на основе полусферического резонатора четвертого-порядка, (в) Триплексерный фильтр C-диапазона.
Лазерная и электронно-лучевая обработка
03 Резонаторы аддитивного производства
Резонаторы — это электронные устройства, способные генерировать стабильные колебания на определенных частотах и широко используемые в генерации частот и обработке сигналов. Микроволновые и высокочастотные-сигналы обычно используются в спутниковой связи и радиолокационных системах. Высокая стабильность и высокая добротность диэлектрических резонаторов делают их идеальными для таких применений.
Функциональность диэлектрических резонаторов основана на реакции диэлектрических материалов на электромагнитные волны. Скорость распространения этих волн определяется εr материала, а размер, форма и свойства диэлектрического материала, используемого в резонаторе, влияют на его резонансную частоту. С помощью АМ диэлектрические резонаторы могут быть спроектированы и изготовлены миниатюрными и высокоэффективными-, адаптированными к различным требованиям. Это оптимизирует характеристики распространения и отражения радиолокационного сигнала. Такой подход обеспечивает более индивидуальное, точное и экономичное-производство диэлектрических резонаторов.
Рисунок 2.(а) Схема конструкции антенны, (б) трехмодовый резонатор, (в) антенна с одноосным анизотропным диэлектрическим резонатором.
Лазерная и электронно-лучевая обработка
04 Датчики аддитивного производства
Датчики AM выигрывают от настраиваемой и сложной геометрии и архитектуры. В сочетании с пьезоэлектрическими, термоэлектрическими и пьезорезистивными свойствами керамических материалов они обеспечивают высокую-точность и высокую-производительность измерительных приложений.
Пьезоэлектрические керамические датчики, характеризующиеся уникальным поведением электромеханической связи, приобретают все большее значение в аэрокосмической отрасли. Они обеспечивают точный мониторинг давления, температуры и вибрации и широко используются для оценки условий эксплуатации двигателей, фюзеляжей и других критически важных компонентов аэрокосмической отрасли.
Из-за присущей керамике хрупкости разработка гибкой керамики стала ключевым направлением исследований. Для решения этой проблемы был разработан гибкий керамический композитный датчик давления с использованием DLP AM, сочетающий BaTiO3 с МУНТ в светочувствительной смоле для оптимизации диэлектрических характеристик и механической гибкости. Как показано на рисунке, структура концентрации напряжения-в форме песочных часов-была спроектирована для повышения чувствительности. Анализ методом конечных элементов и эксперименты подтвердили улучшение линейной чувствительности в широком диапазоне давлений, продемонстрировав возможность использования DLP в высокопроизводительных гибких датчиках.
Рисунок 3.(а) Гибкий емкостной датчик давления, (б) гибкие пьезоэлектрические композиты и схема небольшого робота.
Лазерная и электронно-лучевая обработка
05 Заключение
Аддитивное производство керамики позволяет настраивать такие свойства керамики, как высокая термостойкость, низкая теплопроводность и превосходное электромагнитное экранирование, что делает их идеальными для аэрокосмических применений, включая системы связи, радары и тепловую защиту. По сравнению с традиционным производством, AM предлагает значительные преимущества для сложных керамических компонентов, обеспечивая большую гибкость проектирования для создания сложной геометрии и легких конструкций. Это особенно ценно в аэрокосмической отрасли, где снижение веса может существенно улучшить топливную экономичность и производительность.
AM также поддерживает интеграцию компонентов, объединяя в одной детали несколько функций,-таких как структурная целостность, термическое сопротивление и электромагнитное экранирование-, тем самым сокращая количество компонентов и упрощая сборку. Кроме того, эти технологии позволяют быстро создавать прототипы и корректировать конструкцию на основе отзывов о производительности.
