陶瓷3D列印技術在航空航天,人工骨、工業精密零件製作、工藝品等領域有著諸多的應用。然而,在射頻器件、微波領域的應用鮮有報導。華中科技大學光學與電子信息學院、電子信息功能材料教育部重點實驗室呂文中教授團隊利用武漢因泰萊雷射科技有限公司生產的CeraBuilder 100陶瓷雷射3d印表機進行了高性能MgTiO3-CaTiO3微波陶瓷3D列印成型及相關性能研究,該微波介質材料在高頻通訊、5G領域有著非常好的應用前景,相關研究成果發表在了國際權威期刊Ceramics International上,文章名為「Fabrication of high-performance MgTiO3-CaTiO3 microwave ceramics through a stereolithography-based 3D printing」。
CeraBuilder 100陶瓷雷射3d印表機的成型過程:
對於該領域之前的研究,傳統微波陶瓷測試件,一般通過幹壓法製作。相比傳統的幹壓微波陶瓷相比,CeraBuilder100陶瓷3d印表機成型的陶瓷件具有不變的相位特性、高密度、更均勻的粒子分部,更好的微波特性。
下圖是幹壓法和CeraBuilder100陶瓷3d印表機成型的測試件在相同的燒結條件下掃描電鏡拍攝的圖片
論文研究表明CeraBuilder1003D列印的樣品具有更高的介電常數,Qxf值,也更加緻密。如下表測試的數據,MgTiO3 數的Qxf值提升了30%
論文還利用CeraBuilder100陶瓷雷射3d印表機製作了一個Luneburg 透鏡,並進行了性能測試。Luneburg 透鏡是一種介質梯度從中心向外變化的無源器件。與凸透鏡對光的作用類似,Luneburg透鏡可以顯著提高天線增益。然而,由於自然界中不存在這種梯度變化的理想的材料,使得Luneburg透鏡的製造難度很大。因此,具有高介電常數的微波介電陶瓷提供了通過調節透鏡的結構層的介電常數來製造Luneburg透鏡的可能性,如圖10(a)(b)所示,使用MgTiO3-CaTiO3的平面Luneburg透鏡被列印和燒結。這個樣品的最終尺寸約為直徑70毫米,厚度8毫米(更多關於這個鏡頭的設計和實現過程的細節將會在作者下一片論中描述)。
綜上所述,陶瓷3D列印技術為製備結構複雜的微波無源器件提供了一種潛在的新技術可能性,與傳統的幹壓技術相比具有許多優點,期待作者下一階段的研究論文的發表。