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Mar 20, 2024

Polímero

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 267 (2023) Citar este artigo 1099 Acessos 2 Citações Métricas detalhes Materiais absorventes de microondas para ambientes agressivos de alta temperatura são altamente

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 267 (2023) Citar este artigo

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2 citações

Detalhes das métricas

Materiais absorventes de microondas para ambientes agressivos de alta temperatura são altamente desejáveis ​​para peças aquecidas aerodinamicamente e pontos quentes induzidos pela combustão de motores de aeronaves. Este estudo relata compósitos cerâmicos com excelente e estável absorção de microondas em alta temperatura no ar, que são feitos de SiOC derivado de polímero reforçado com estrutura nanofásica núcleo-invólucro de ZrB2 / ZrO2. Os compósitos cerâmicos fabricados possuem uma interface t-ZrO2 cristalizada entre os domínios ZrB2 e SiOC. Os compósitos cerâmicos exibem propriedades dielétricas estáveis, que são relativamente insensíveis à mudança de temperatura desde a temperatura ambiente até 900 °C. A perda de retorno excede -10 dB, especialmente entre 28 e 40 GHz, em temperaturas elevadas. As propriedades estáveis ​​​​de absorção eletromagnética (EM) de alta temperatura são atribuídas às propriedades dielétricas e elétricas estáveis ​​​​induzidas pela estrutura nanofásica núcleo-invólucro de ZrB2 / ZrO2. O t-ZrO2 cristalizado serve como interfaces dielétricas em nanoescala entre ZrB2 e SiOC, que são favoráveis ​​​​para a introdução de ondas EM para aumentar a perda e absorção de polarização. A existência da interface t-ZrO2 também altera a condutividade DC dependente da temperatura dos compósitos cerâmicos ZrB2/SiOC quando comparada com a de ZrB2 e SiOC isoladamente. Resultados experimentais de testes termomecânicos, de fluxo de jato, de choque térmico e de vapor de água demonstram que os compósitos cerâmicos desenvolvidos apresentam alta estabilidade em ambientes agressivos e podem ser usados ​​como materiais estruturais de absorção de microondas de banda larga de alta temperatura.

Materiais absorventes de micro-ondas de alta temperatura são de grande interesse para peças aquecidas aerodinamicamente de sistemas supersônicos e hipersônicos, como cone de cabeçote, bico de admissão e escape do motor e aeroshells. Esses materiais são utilizados para a dissipação da onda eletromagnética (EM) para reduzir a assinatura do radar1,2,3. As aplicações acima não apenas exigem que os materiais resistam à oxidação, mas também mantenham uma boa absorção de microondas em altas temperaturas. Devido à sua densidade relativamente baixa e boa resistência a altas temperaturas, os materiais cerâmicos são considerados os materiais mais adequados para tais aplicações. Atualmente, as cerâmicas que absorvem micro-ondas incluem cerâmicas à base de óxidos e cerâmicas à base de não óxidos (SiC, SiCN e Si3N4) por meio de rotas derivadas de polímeros. Por exemplo, os compósitos SiC/SiO2 mostraram uma largura de banda de absorção efetiva (EAB, < - 10 dB) de 4,2 GHz a uma espessura de 2,8 mm a 500 °C na banda X4. Os compósitos Cf/SiCNFs/Si3N4 tiveram uma perda de retorno (RL) tão baixa quanto -20,3 dB a 800 °C para uma espessura de 2 mm5. O EAB dos compósitos SiCf/SiC é de 2,8 GHz com uma espessura de 2,5 mm a 600 °C para a banda X6.

Entre essas cerâmicas ou compósitos cerâmicos, as cerâmicas derivadas de polímeros (PDCs) são consideradas promissoras cerâmicas de absorção EM de alta temperatura devido às suas propriedades elétricas e dielétricas ajustáveis, bem como à temperatura de processamento relativamente baixa, excelente resistência à oxidação em alta temperatura e flexibilidade. em design e fabricação7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. A refletividade média do SiC derivado de polímero é de ~ - 9,9 dB devido à formação de SiC nanocristalino e dos nanodomínios de carbono livres. A fim de melhorar ainda mais a absorção de microondas dos PDCs, fases eletricamente condutoras foram incorporadas na matriz para melhorar a perda de condução. Por exemplo, após a adição de MWCNT, o RL mínimo do PDC-SiBCN atinge -32 dB com um EAB de 3 GHz na banda X, mostrando uma melhor capacidade de absorção de ondas do que o SiBCN tratado na mesma temperatura . O RL mínimo da cerâmica SiC / SiOC atingiu -61 dB em 8,6 GHz e o EAB mais amplo atingiu 3,5 GHz na banda X .

Para aplicações em temperaturas ainda mais altas, cerâmicas eletricamente condutivas de ultra-alta temperatura (UHTCs), como HfC e ZrB2, foram introduzidas nos PDCs, porque essas cerâmicas têm não apenas excelente condutividade elétrica, mas também pontos de fusão super altos, alta temperatura retenção de propriedades mecânicas, excelente resistência à corrosão e boa resistência à oxidação em altas temperaturas. Por exemplo, o EAB de compósitos derivados de polímeros (SiC/HfC/C)/SiO2 cobre 72% da banda X com uma espessura de 3,33 mm14. O EAB dos compósitos SiOC-ZrB2 derivados de polímeros cobre toda a banda Ka com uma espessura de 3 mm à temperatura ambiente (TA) .