Obturateur électromagnétique, élaboré par fabrication additive céramique-métal.

Electromagnetic shutter, produced by ceramic-metal additive manufacturing.

• Auteur / Autrice : Hugo Labarrere
• Direction : Jean-Marc Heintz
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Inscription en doctorat le 12/07/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Métallurgie et Matériaux Fonctionnels

Mots clés

Mots clés libres

(BaSr)TiO3

Fabrication additive

Matériau électro-actif

Frittage

Composites Céramique/Métal

(BaSr)TiO3

Additive manufacturing

Electro-active material

Sintering

Ceramic/Metal composites

Résumé

La notion d'obturateur correspond à une fenêtre électromagnétique susceptible de protéger un senseur ou une antenne des agressions extérieures ainsi que de son environnement, et de permettre cependant à ce senseur ou à cette antenne d'émettre et de recevoir tout type de signaux lorsque cela est nécessaire. Les caractéristiques principales de cet obturateur sont donc une transparence la plus élevée possible quand le capteur doit émettre ou recevoir un signal, et une réflectivité ou une absorption la plus importante possible quand le capteur est inactif et doit être rendu le plus discret possible. C'est donc un système actif. Pour élaborer ce type de composant, les matériaux céramiques de type Ba1-xSrxTiO3 (BST) apparaissent tout à fait intéressants. Ils présentent : i) des variations significatives de la constante diélectrique avec le champ appliqué, ii) des pertes diélectriques faibles y compris dans le domaine micro-onde. En fonction des fractions volumiques de strontium (et d'éventuels autres cations), il est possible de moduler les valeurs de permittivité, des pertes diélectriques et de commandabilité, selon le champ électrique appliqué. Ce travail de thèse exploratoire a donc pour but de réaliser un obturateur électromagnétique hyperfréquence, constitué de dépôts localisés de plots céramiques diélectriques de type BaxSr1-xTiO3, alimentés par des circuits métalliques. Un des premiers enjeux de ce travail sera de définir les compositions du BST d'intérêt puis les conditions de densification de cette céramique, y compris sur un substrat métallique. Il faudra ensuite définir les paramètres de la fabrication additive (pulvérisation ou extrusion de filaments) qui permettra de contrôler la géométrie de ces assemblages. Il faudra également assurer un frittage localisé des plots céramiques pour optimiser leurs propriétés diélectriques. Ceux-ci devraient avoir une taille de quelque 100 µm de diamètre et une épaisseur de quelques dizaines de microns. Dans le cadre du projet OPALE (DGA-AID), dont fait partie cette thèse, des collaborations sont prévues avec plusieurs laboratoires spécialisés dans les composants hyperfréquences (IETR, Telecom Paris, CEA LETI) et bénéficiera de l'aide d'un post-doctorant du laboratoire XLIM de Limoges pour les simulations et caractérisations électromagnétiques.

The concept of a shutter corresponds to an electromagnetic window that can protect a sensor or an antenna from external aggressions and from its environment, and yet allow this sensor or antenna to transmit and receive any type of signal when necessary. The key features of this shutter are to achieve maximum transparency when the sensor needs to transmit or receive signals and to exhibit high reflectivity or absorption when the sensor is inactive, ensuring minimal visibility. It is thus an active system. To develop this type of component, ceramic materials belonging to the Ba1-xSrxTiO3 (BST) family demonstrate considerable potential. These materials exhibit several advantageous properties, including: i) significant variations in the dielectric constant with the applied field, ii) low dielectric losses including in the microwave domain. Depending on the volume fractions of strontium (and other possible cations), it is possible to modulate the values of permittivity, dielectric losses and commandability, according to the applied electric field. This exploratory thesis aims to develop a microwave electromagnetic shutter made of localized deposits of dielectric ceramic pads of BaxSr1-xTiO3 type, integrated with metallic circuits. One of the primary challenges of this research work will be to determine the compositions of the BST material of interest and establish the conditions of densification of this ceramic, including on a metallic substrate. Furthermore, it will be necessary to define parameters for additive manufacturing techniques such as sputtering or extrusion of filaments, to precisely control the geometry of these assemblies. It will also be necessary to ensure localized sintering of the ceramic pads to optimize their dielectric properties. Additionally, localized sintering of the ceramic pads must be achieved to optimize their dielectric properties. The desired dimensions for these pads are approximately 100 µm in diameter and a few tens of microns thick. In the OPALE project (DGA-AID) framework, collaborations are planned with several laboratories specialized in microwave components (IETR, Telecom Paris, CEA LETI). Furthermore, the assistance of a post-doctoral student from the XLIM laboratory in Limoges will be sought for electromagnetic simulations and characterizations.