Новости

Mar 20, 2024

Полимер

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 267 (2023) Цитировать эту статью 1099 Доступов 2 Цитирования Подробности о показателях Материалы, поглощающие микроволновое излучение, для высокотемпературных суровых сред обладают высокой

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 267 (2023) Цитировать эту статью

1099 доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Материалы, поглощающие микроволновое излучение для работы в суровых условиях высоких температур, крайне желательны для аэродинамически нагреваемых деталей и горячих точек самолетов, вызванных сгоранием двигателя. В этом исследовании сообщается о керамических композитах с превосходным и стабильным высокотемпературным микроволновым поглощением на воздухе, которые изготовлены из полимерного SiOC, армированного нанофазной структурой ядро-оболочка ZrB2/ZrO2. Изготовленные керамические композиты имеют кристаллизованную границу раздела t-ZrO2 между доменами ZrB2 и SiOC. Керамические композиты обладают стабильными диэлектрическими свойствами, которые относительно нечувствительны к изменению температуры от комнатной до 900 °С. Обратные потери превышают −10 дБ, особенно в диапазоне от 28 до 40 ГГц при повышенных температурах. Стабильные свойства высокотемпературного электромагнитного (ЭМ) поглощения объясняются стабильными диэлектрическими и электрическими свойствами, индуцированными нанофазной структурой ядро-оболочка ZrB2/ZrO2. Кристаллизованный t-ZrO2 служит наноразмерным диэлектрическим интерфейсом между ZrB2 и SiOC, который благоприятствует внедрению электромагнитных волн для увеличения потерь и поглощения поляризации. Существование границы раздела t-ZrO2 также изменяет зависящую от температуры проводимость постоянного тока керамических композитов ZrB2/SiOC по сравнению с проводимостью только ZrB2 и SiOC. Результаты экспериментов по термомеханическим, струйным, термоударным и водяным испытаниям показывают, что разработанные керамические композиты обладают высокой стабильностью в суровых условиях и могут быть использованы в качестве высокотемпературных широкополосных конструкционных материалов, поглощающих СВЧ-излучение.

Высокотемпературные поглощающие микроволновое излучение материалы представляют большой интерес для аэродинамически нагреваемых деталей сверхзвуковых и гиперзвуковых систем, таких как головной обтекатель, впускное и выпускное сопло двигателя, аэрооболочки. Эти материалы используются для рассеяния электромагнитных (ЭМ) волн для уменьшения радиолокационной заметности1,2,3. Вышеупомянутые применения требуют, чтобы материалы не только сопротивлялись окислению, но также сохраняли хорошее поглощение микроволнового излучения при высоких температурах. Керамические материалы из-за их относительно низкой плотности и хорошей устойчивости к высоким температурам считаются наиболее подходящими материалами для таких применений. В настоящее время керамика, поглощающая микроволновое излучение, включает керамику на оксидной основе и керамику на неоксидной основе (SiC, SiCN и Si3N4), получаемую из полимеров. Например, композиты SiC/SiO2 показали эффективную полосу поглощения (EAB, < – 10 дБ) 4,2 ГГц при толщине 2,8 мм при 500 °C в X-диапазоне4. Композиты Cf/SiCNFs/Si3N4 имели обратные потери (RL) всего лишь – 20,3 дБ при 800 °C для толщины 2 мм5. EAB композитов SiCf/SiC составляет 2,8 ГГц при толщине 2,5 мм при 600 °C для X-диапазона6.

Среди этой керамики или керамических композитов керамика на основе полимеров (PDC) считается многообещающей высокотемпературной керамикой, поглощающей ЭМ, благодаря ее настраиваемым электрическим и диэлектрическим свойствам, а также относительно низкой температуре обработки, превосходной стойкости к окислению при высоких температурах и гибкости. в проектировании и производстве7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Средняя отражательная способность полимерного SiC составляет ~ - 9,9 дБ из-за образования нанокристаллического SiC и нанодоменов свободного углерода. Чтобы еще больше улучшить микроволновое поглощение PDC, в матрицу были включены электропроводящие фазы для уменьшения потерь проводимости. Например, после добавления MWCNT минимальный RL PDC-SiBCN достигает −32 дБ с EAB 3 ГГц в X-диапазоне, демонстрируя лучшую способность к поглощению волн, чем SiBCN, обработанный при той же температуре17. Минимальный RL керамики SiC/SiOC достигал −61 дБ на частоте 8,6 ГГц, а самый широкий EAB достигал 3,5 ГГц в X-диапазоне18.

Для еще более высоких температур в PDC были введены электропроводящие сверхвысокотемпературные керамики (UHTC), такие как HfC и ZrB2, поскольку эта керамика обладает не только превосходной электропроводностью, но и сверхвысокими температурами плавления, высокой температурой. сохранение механических свойств, отличная коррозионная стойкость и хорошая стойкость к окислению при высоких температурах. Например, EAB композитов на основе полимеров (SiC/HfC/C)/SiO2 покрывает 72% X-диапазона при толщине 3,33 мм14. EAB полимерных композитов SiOC-ZrB2 покрывает всю Ka-диапазон толщиной 3 мм при комнатной температуре (RT)19.