01 Sissejuhatus
Keraamika lisatootmine (AM) muudab kosmosesidesüsteemide mikrolaine elektrooniliste komponentide disaini ja tootmist revolutsiooniliseks. Keraamika on sellistes seadmetes asendamatu oma suurepäraste elektromagnetiliste omaduste, kõrge termilise stabiilsuse ja silmapaistva mehaanilise tugevuse tõttu. AM-i abil saab keraamiliste materjalide kuju ja mõõtmeid täpselt kontrollida, võimaldades neil täita mikrolaineelektroonika täpsuse ja jõudluse rangeid nõudeid. Lisaks mängivad elektromagnetilise varjestuse komponendid elektromagnetiliste häirete vähendamisel ja stabiilse signaaliülekande tagamisel otsustavat rolli. Lisanditega valmistatud keraamika kasutamine pakub uut meetodit isolatsiooni jõudluse optimeerimiseks ja varjestuse tõhususe suurendamiseks.
Laser- ja elektronkiirte töötlemine
02 Täiendavalt valmistatud filtrid
Keraamilistel materjalidel on äärmiselt kõrge keemiline stabiilsus ja korrosioonikindlus, mistõttu need sobivad pikaajaliseks{0}}kasutamiseks karmides keskkondades filtritena. Lisaks soodustab dielektriliste materjalide integreerimine AM-ga mitmesuguseid dielektrilisi konstante (εr). Sama dielektriline materjal võib saavutada erinevaid εr väärtusi, muutes selliseid parameetreid nagu ava suurus, geomeetria ja hierarhiline struktuur. See võimaldab kohandada keraamilisi filtreid vastavalt konkreetsetele nõuetele ning optimeerida filtreerimise tõhusust ja täpsust.
Üks näide on monoliitne dielektriline lainejuhtfilter, mis on valmistatud litograafial{0}}põhineva keraamilise tootmise (LCM) tehnoloogial. Filter on loodud töötama sagedusel 11,5 GHz 850 MHz ribalaiusega ja on valmistatud ühest-osalisest dielektrilisest kettast, mis on hõbetatud-, et jäljendada tavapärase metallkorpuse funktsioone. LCM-tehnoloogia tagab disaini paindlikkuse, ilma et oleks vaja kohandatud vorme ja võimaldab täpsemat tootmist. Keraamiliste konstruktsioonide metalliseerimine suurendab keraamika vastupidavust kõrgetele temperatuuridele, korrosioonikindlust ja isoleerivaid omadusi, kombineerides need jõudluse optimeerimiseks metallide tugevuse ja juhtivusega.
Joonis 1.(a) Neljandat-järgu dielektriline lainejuhtfilter, (b) BPF, mis põhineb neljandat-järgu poolkerakujulisel resonaatoril, (c) C-ribatriplekserfilter.
Laser- ja elektronkiirte töötlemine
03 Täiendavalt valmistatud resonaatorid
Resonaatorid on elektroonilised seadmed, mis on võimelised kindlatel sagedustel stabiilselt võnkuma ja mida kasutatakse laialdaselt sageduse genereerimisel ja signaalitöötlusel. Mikrolaine- ja kõrgsageduslikke{1}}signaale kasutatakse tavaliselt satelliitside- ja radarisüsteemides. Dielektriliste resonaatorite kõrge stabiilsus ja kõrge Q{3}}tegur muudavad need sellisteks rakendusteks ideaalseks.
Dielektriliste resonaatorite funktsionaalsus põhineb dielektriliste materjalide reageerimisel elektromagnetlainetele. Nende lainete levimiskiiruse määrab materjali εr, samas kui resonaatoris kasutatava dielektrilise materjali suurus, kuju ja omadused mõjutavad selle resonantssagedust. AM-ga saab dielektrilisi resonaatoreid projekteerida ja toota nii, et need oleksid miniatuursed ja suure jõudlusega-, mis on kohandatud erinevatele nõuetele. See optimeerib radari signaali leviku ja peegelduse omadusi. Selline lähenemine võimaldab dielektriliste resonaatorite kohandatud, täpsemat ja{5}}kulutõhusamat tootmist.
Joonis 2.(a) Antenni struktuuri skeem, (b) tri-moodi resonaator, (c) üheteljeline anisotroopne dielektriline resonaatorantenn.
Laser- ja elektronkiirte töötlemine
04 Täiendavalt valmistatud andurid
AM-andurid saavad kasu kohandatavatest ja keerukatest geomeetriatest ja arhitektuuridest. Kombineerituna keraamiliste materjalide piesoelektriliste, termoelektriliste ja piesotakistuslike omadustega võimaldavad need ülitäpsed ja suure{2}}jõudlusega sensorrakendused.
Piesoelektrilised keraamilised andurid, mida iseloomustab nende ainulaadne elektromehaaniline sidumiskäitumine, on lennunduses üha olulisemad. Need võimaldavad täpselt jälgida rõhku, temperatuuri ja vibratsiooni ning neid kasutatakse laialdaselt mootorite, kere ja muude kriitiliste kosmosekomponentide töötingimuste hindamiseks.
Keraamikale omase rabeduse tõttu on painduva keraamika arendamine muutunud uurimistöö keskseks fookuseks. Selle lahendamiseks töötati välja paindlik keraamiline komposiitrõhuandur, kasutades DLP AM-i, mis ühendas BaTiO3 MWCNT-dega valgustundlikus vaigus, et optimeerida dielektrilist jõudlust ja mehaanilist paindlikkust. Nagu on näidatud joonisel, on tundlikkuse suurendamiseks loodud liivakella -kujuline pinge-kontsentratsiooni struktuur. Lõplike elementide analüüs ja katsed kinnitasid lineaarse tundlikkuse paranemist laias rõhuvahemikus, mis näitab DLP teostatavust suure jõudlusega paindlikes andurites.
Joonis 3.(a) Paindlik mahtuvuslik rõhuandur, (b) painduvad piesoelektrilised komposiidid ja väikese roboti skeem.
Laser- ja elektronkiirte töötlemine
05 Järeldus
Keraamika lisatootmine võimaldab kohandada keraamilisi omadusi, nagu kõrge kuumakindlus, madal soojusjuhtivus ja suurepärane elektromagnetiline varjestus, muutes need ideaalseks kosmoseseadmete jaoks, sealhulgas sidesüsteemide, radari ja termokaitse jaoks. Võrreldes traditsioonilise tootmisega pakub AM keeruliste keraamiliste komponentide jaoks olulisi eeliseid, pakkudes suuremat disaini paindlikkust keerukate geomeetriate ja kergete struktuuride loomiseks. See on eriti väärtuslik lennunduses, kus kaalu vähendamine võib oluliselt parandada kütusesäästlikkust ja jõudlust.
AM toetab ka komponentide integreerimist, ühendades mitu funktsiooni -nagu konstruktsiooni terviklikkus, soojustakistus ja elektromagnetiline varjestus-üheks osaks, vähendades seeläbi komponentide arvu ja lihtsustades kokkupanekut. Lisaks võimaldavad need tehnoloogiad jõudluse tagasiside põhjal kiiret prototüüpide loomist ja disaini kohandamist.
