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Mar 20, 2024

Polymère

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 267 (2023) Citer cet article 1099 Accès 2 Citations Détails des métriques Les matériaux absorbant les micro-ondes pour les environnements difficiles à haute température sont hautement

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 267 (2023) Citer cet article

1099 Accès

2 citations

Détails des métriques

Les matériaux absorbant les micro-ondes pour les environnements difficiles à haute température sont hautement souhaitables pour les pièces chauffées de manière aérodynamique et les points chauds induits par la combustion du moteur des avions. Cette étude rapporte des composites céramiques présentant une absorption micro-ondes à haute température excellente et stable dans l'air, qui sont constitués de SiOC dérivé de polymère renforcé par une structure nanophase noyau-coquille de ZrB2/ZrO2. Les composites céramiques fabriqués présentent une interface t-ZrO2 cristallisée entre les domaines ZrB2 et SiOC. Les composites céramiques présentent des propriétés diélectriques stables, relativement insensibles aux changements de température allant de la température ambiante à 900 °C. La perte de réflexion dépasse − 10 dB, notamment entre 28 et 40 GHz, aux températures élevées. Les propriétés stables d'absorption électromagnétique (EM) à haute température sont attribuées aux propriétés diélectriques et électriques stables induites par la structure nanophase noyau-coquille de ZrB2/ZrO2. Le t-ZrO2 cristallisé sert d'interfaces diélectriques à l'échelle nanométrique entre ZrB2 et SiOC, qui sont favorables à l'introduction d'ondes EM pour améliorer la perte de polarisation et l'absorption. L'existence de l'interface t-ZrO2 modifie également la conductivité CC en fonction de la température des composites céramiques ZrB2/SiOC par rapport à celle du ZrB2 et du SiOC seuls. Les résultats expérimentaux des tests thermomécaniques, d'écoulement de jet, de choc thermique et de vapeur d'eau démontrent que les composites céramiques développés ont une grande stabilité dans des environnements difficiles et peuvent être utilisés comme matériaux structurels absorbant les micro-ondes à large bande et à haute température.

Les matériaux absorbant les micro-ondes à haute température sont d'un grand intérêt pour les pièces chauffées aérodynamiquement des systèmes supersoniques et hypersoniques, telles que le cône de tête, l'entrée et la tuyère d'échappement du moteur et les coques aérodynamiques. Ces matériaux sont utilisés pour la dissipation de l’onde électromagnétique (EM) afin de réduire la signature radar1,2,3. Les applications ci-dessus nécessitent non seulement que les matériaux résistent à l'oxydation, mais maintiennent également une bonne absorption des micro-ondes à haute température. En raison de leur densité relativement faible et de leur bonne résistance aux températures élevées, les matériaux céramiques sont considérés comme les matériaux les plus appropriés pour de telles applications. Actuellement, les céramiques absorbant les micro-ondes comprennent les céramiques à base d'oxydes et les céramiques sans oxydes (SiC, SiCN et Si3N4) via des voies dérivées de polymères. Par exemple, les composites SiC/SiO2 ont montré une bande passante d'absorption effective (EAB, < − 10 dB) de 4,2 GHz pour une épaisseur de 2,8 mm à 500 °C dans la bande X4. Les composites Cf/SiCNFs/Si3N4 présentaient une perte de réflexion (RL) aussi faible que − 20,3 dB à 800 °C pour une épaisseur de 2 mm5. L'EAB des composites SiCf/SiC est de 2,8 GHz pour une épaisseur de 2,5 mm à 600 °C pour la bande X6.

Parmi ces céramiques ou composites céramiques, les céramiques dérivées de polymères (PDC) sont considérées comme des céramiques d'absorption EM à haute température prometteuses en raison de leurs propriétés électriques et diélectriques réglables ainsi que de leur température de traitement relativement basse, de leur excellente résistance à l'oxydation à haute température et de leur flexibilité. dans la conception et la fabrication7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. La réflectivité moyenne du SiC dérivé du polymère est de ~ − 9,9 dB en raison de la formation de SiC nanocristallin et des nanodomaines de carbone libre. Afin d'améliorer encore l'absorption des micro-ondes des PDC, des phases électriquement conductrices ont été incorporées dans la matrice pour améliorer la perte de conduction. Par exemple, après l'ajout de MWCNT, le RL minimum du PDC-SiBCN atteint - 32 dB avec un EAB de 3 GHz en bande X, montrant une meilleure capacité d'absorption des ondes que le SiBCN traité à la même température17. Le RL minimal des céramiques SiC/SiOC atteignait − 61 dB à 8,6 GHz et l'EAB le plus large atteignait 3,5 GHz dans la bande X18.

Pour des applications à température encore plus élevée, des céramiques électriquement conductrices à ultra haute température (UHTC), telles que HfC et ZrB2, ont été introduites dans les PDC, car ces céramiques ont non seulement une excellente conductivité électrique, mais également des points de fusion très élevés, des températures élevées. conservation des propriétés mécaniques, excellente résistance à la corrosion et bonne résistance à l'oxydation à haute température. Par exemple, l’EAB des composites dérivés de polymères (SiC/HfC/C)/SiO2 couvre 72 % de la bande X avec une épaisseur de 3,33 mm14. L'EAB des composites SiOC-ZrB2 dérivés de polymères couvre toute la bande Ka sur une épaisseur de 3 mm à température ambiante (RT) .