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Mar 20, 2024

ポリマー

Scientific Reports volume 13、記事番号: 267 (2023) この記事を引用する 1099 アクセス数 2 引用数 指標の詳細 高温過酷な環境用のマイクロ波吸収材は、

Scientific Reports volume 13、記事番号: 267 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

高温の過酷な環境用のマイクロ波吸収材料は、航空力学的に加熱される部品や航空機のエンジン燃焼によるホットスポットにとって非常に望ましいものです。 この研究では、ZrB2/ZrO2 のコアシェルナノ相構造で強化されたポリマー由来の SiOC で作られた、空気中で優れた安定した高温マイクロ波吸収を示すセラミック複合材料について報告します。 作製されたセラミック複合材料は、ZrB2 ドメインと SiOC ドメインの間に結晶化した t-ZrO2 界面を持っています。 セラミック複合材料は安定した誘電特性を示し、室温から 900 °C までの温度変化の影響を比較的受けません。 リターンロスは、高温では特に 28 ～ 40 GHz で -10 dB を超えます。 安定した高温電磁（EM）吸収特性は、ZrB2/ZrO2 のコアシェルナノ相構造によって誘発される安定した誘電特性および電気特性に起因すると考えられます。 結晶化した t-ZrO2 は ZrB2 と SiOC の間のナノスケール誘電体界面として機能し、分極損失と吸収を高めるための EM 波の導入に有利です。 t-ZrO2 界面の存在により、ZrB2 と SiOC 単独の場合と比較した場合、ZrB2/SiOC セラミック複合材料の温度依存性 DC 導電率も変化します。 熱機械試験、噴流試験、熱衝撃試験、および水蒸気試験の実験結果は、開発したセラミック複合材料が過酷な環境において高い安定性を有し、高温広帯域マイクロ波吸収構造材料として使用できることを実証しています。

高温マイクロ波吸収材料は、ヘッドコーン、エンジンの吸気口と排気ノズル、エアロシェルなどの超音速および極超音速システムの空力的に加熱される部品にとって非常に興味深いものです。 これらの材料は、レーダー信号を低減するために電磁 (EM) 波を散逸させるために使用されます 1、2、3。 上記の用途では、材料が酸化に耐えることだけでなく、高温でも良好なマイクロ波吸収を維持する必要があります。 セラミック材料は比較的密度が低く、高温耐性に優れているため、このような用途には最適な材料であると考えられています。 現在、マイクロ波吸収セラミックスには、ポリマー由来のルートを経た酸化物系セラミックスと非酸化物系セラミックス（SiC、SiCN、Si3N4）が含まれています。 たとえば、SiC/SiO2 複合材料は、X バンド 4 において、厚さ 2.8 mm、500 °C で 4.2 GHz の有効吸収帯域幅 (EAB、< - 10 dB) を示しました。 Cf/SiCNFs/Si3N4 複合材料の反射損失 (RL) は、厚さ 2 mm5 で 800 °C で - 20.3 dB という低さでした。 SiCf/SiC 複合材料の EAB は、X バンドの場合、厚さ 2.5 mm、600 °C で 2.8 GHz です6。

これらのセラミックまたはセラミック複合材料の中でも、ポリマー由来セラミック (PDC) は、調整可能な電気特性および誘電特性に加え、比較的低い加工温度、高温での優れた耐酸化性、および柔軟性により、有望な高温 EM 吸収セラミックであると考えられています。設計と製造7、8、9、10、11、12、13、14、15、16。 ポリマー由来の SiC の平均反射率は、ナノ結晶 SiC と遊離カーボン ナノドメインの形成により ~ − 9.9 dB です。 PDC のマイクロ波吸収をさらに改善するために、マトリックスに導電相を組み込み、伝導損失を改善しました。 たとえば、MWCNT の添加後、PDC-SiBCN の最小 RL は、X バンドで 3 GHz の EAB で - 32 dB に達し、同じ温度で処理した SiBCN よりも優れた電波吸収能力を示します。 SiC/SiOC セラミックの最小 RL は 8.6 GHz で - 61 dB に達し、X バンドでは最も広い EAB は 3.5 GHz に達しました18。

さらに高温の用途では、HfC や ZrB2 などの導電性超高温セラミックス (UHTC) が PDC に導入されました。これらのセラミックスは、優れた導電性だけでなく、超高融点、高温特性も備えているためです。機械的特性の保持、優れた耐食性、および高温での良好な耐酸化性。 たとえば、ポリマー由来の (SiC/HfC/C)/SiO2 複合材料の EAB は、厚さ 3.33 mm で X バンドの 72% をカバーします14。 ポリマー由来の SiOC-ZrB2 複合材料の EAB は、室温 (RT) で 3 mm の厚さで Ka バンド全体をカバーします19。