增材制造陶瓷技术正在彻底改变空间通信系统中微波电子元件的设计和生产。陶瓷材料因其优异的电磁性能、高热稳定性和卓越的机械强度而成为此类设备中不可或缺的一部分。通过增材制造，可以更精确地控制陶瓷材料的形状和尺寸，使其能够满足微波电子元件对高精度和性能的严格要求。此外，电磁屏蔽元件在减轻电磁干扰、确保信号稳定传输方面发挥着至关重要的作用。增材制造陶瓷的使用提供了一种优化绝缘性能和增强屏蔽效果的新方法。
“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析
”
增材制造滤波器
陶瓷材料具有极高的化学稳定性和耐腐蚀性，使其适合在恶劣环境条件下长期用于滤波器。此外，介电材料与增材制造的集成促进了广泛的εr。这是由于相同的介电材料能够实现不同的εr通过修改孔径、形状和层次结构等参数，从而实现陶瓷滤光片的定制，以满足特定要求并优化滤波效率和精度。由此设计一种使用基于光刻的陶瓷制造(LCM)技术的增材制造单片介电波导滤波器。图显示了该滤波器设计用于在11.5 GHz和850 MHz带宽下工作，该滤波器是使用单件式介电圆盘制造的，该电介质圆盘经过镀银以模仿传统金属外壳的功能。LCM技术提供了设计灵活性，无需定制模具，并允许更精确的制造。陶瓷结构金属化利用陶瓷的耐高温性、耐腐蚀性和绝缘性能，同时结合金属的高强度和导电性，从而优化功能。
图1. (a)四阶介电波导滤波器,(b)基于四阶半球谐振器的BPF,(c)C波段三分滤波器。
增材制造谐振器
谐振器是一种能够在特定频率下稳定振荡的电子设备，广泛应用于频率生成、信号处理等应用。微波和高频信号通常用于卫星通信和雷达系统，介电谐振器的高稳定性和高Q因数使其成为这些系统的理想选择。介电谐振器的功能基于介电材料对电磁波的响应。εr材料的传播速度决定了这些波的传播速度，而谐振器中使用的介电材料的尺寸、形状和特性会影响其谐振频率。通过增材制造，可以根据各种要求设计和制造小型化、高性能的介电谐振器，从而优化雷达信号的传播和反射特性。这种方法可以实现更定制、更精确和更具成本效益的介电谐振器制造。
图2. (a)天线结构示意图,(b)三模谐振器,(c)单轴各向异性介电谐振器天线。
增材制造传感器
增材制造传感器具有可定制和复杂的几何形状和架构的优势，当与陶瓷材料的压电、热电和压阻特性相结合时，可实现高精度和高性能的传感应用。压电陶瓷传感器以其独特的机电耦合行为为特点，在航空航天领域发挥着越来越重要的作用。它们提供对压力、温度和振动的精确监测，广泛用于监测发动机、机身和航空航天系统其他关键部件的运行状态。由于陶瓷材料固有的脆性，柔性陶瓷的发展已成为研究的重点。为此开发了使用DLP AM的柔性陶瓷复合压力传感器，其中结合了BaTiO3将MWCNT转化为光固化树脂，以优化介电性能和机械柔韧性。如图所示，设计了沙漏形应力集中结构来提高灵敏度。有限元分析和实验证实，在较宽的压力范围内提高了线性灵敏度，证明了DLP在高性能柔性传感器中的可行性。
图3. (a)柔性电容式压力传感器,(b)柔性压电复合材料及小型机器人示意图。
总结
增材制造陶瓷可以定制陶瓷特性，例如高耐热性、低导热性和出色的电磁屏蔽，使其非常适合通信系统、雷达和热保护等航空航天应用。与传统制造相比，增材制造对于复杂的陶瓷部件具有显着的优势，为创建复杂的几何形状和轻质结构提供了更大的设计灵活性。这在航空航天领域尤其有价值，因为重量减轻可以显着提高燃油效率和性能。增材制造还支持组件集成，将结构完整性、热阻和电磁屏蔽等多种功能组合到一个零件中，从而减少零件数量并简化组装。这些技术还允许根据性能反馈进行快速原型设计和设计调整。
l 谷专栏 l
欢迎高校及科研机构、企业科学家加入谷专栏，与业界分享对推动增材制造发展起关键作用的共性基础科研与应用成果，欢迎扫描下方图片二维码提交您的信息。
白皮书下载 l 加入
QQ群：106477771
网站投稿 l 发送至2509957133@qq.com
欢迎转载 l 转载请注明来源
