Az Észak-Karolina Állami Egyetem (NC State) kutatócsoportja új, lézeres alapú gyártási technológiát mutatott be, amely képes ultra-magas hőmérsékleten rezisztens kerámia anyagok előállítására, amelyek alkalmazhatók az atomenergia-technológiától a repülőgép-járművekig és a sugárhajtóművekig terjedő alkalmazásokhoz. Ez a technológia felhasználható kerámia bevonatok, kerámia csempe és még összetett háromdimenziós struktúrák előállítására, amelyek nagyobb rugalmasságot kínálnak a következő generációs nagy teljesítményű eszközök és mérnöki rendszerek tervezésében.
"A szinterezés egy olyan folyamat, amely a nyersanyagokat (porokat vagy folyadékokat) kerámia anyagokká alakítja. Ebben a tanulmányban egy ultra-magas hőmérsékletű kerámia anyag-HFC-re összpontosítottunk. A hagyományos módszerekhez legalább 2200 fokos Celsius hőmérsékletet igényelnek, hanem a nagy mennyiségű kemencékkel, amelyek nemcsak hatalmas mennyiségű energiát, hanem felszerelést is korlátoznak. energiahatékony. "
Ez az új módszer a kerámia szinteredését úgy éri el, hogy a folyékony polimer prekurzor felületét 120- watt lézerrel (például vákuum vagy argon) besugárzza. A lézer először a folyadékot szilárd polimerré alakítja, majd tovább konambá alakítja. Ez a szelektív lézerreakció -pirolízis (SLRP) néven ismert folyamat teljesen más megközelítést jelent a hagyományos kerámia gyártáshoz.
"Ez egy hővezetésű reakció, amely alapvetően különbözik a hagyományos módszerektől, amelyek a fotopolimerizációra támaszkodnak. A lézer lokalizált fűtést indukál közel 2000 fokos vagy annál magasabb szintre, néhány másodperc alatt befejezve a kerámiaozási folyamatot. Ez a folyamat nemcsak alacsony energiafogyasztással rendelkezik, hanem lehetővé teszi a programozható gyártást is, így alkalmassá teszi a lokalizációhoz vagy a bevonáshoz."
A sztereolitográfiai (SLA) technológiától eltérően, az SLRP folyamat nem támaszkodik a porszuszpenziókra vagy az UV-gyantákra, és nem igényel utófeldolgozási lépéseket, például a debing és a magas hőmérséklet-szinteredést. Ez az áttörés lehetővé teszi a magas olvadási pontos kerámia adalékanyag-gyártását, különösen az űr- és védelmi alkalmazásokban.
A kutatócsoport sikeresen felhasználta ezt a módszert a HFC kerámia egyenletes lerakására a szén-szén kompozit (C\/C) anyagok felületére. A C\/C egy fejlett anyag, amelyet széles körben használnak szélsőséges termikus környezetben, például a hiperszonikus járművek élvonalbeli termikus védelmi struktúráiban. A bevonat kiváló tapadást és hőstabilitást mutat, és vastagságát pontosan a lézerenergia -sűrűség beállításával lehet szabályozni. Mivel a teljes szerkezetet nem kell egy magas hőmérsékletű kemencében szinterálni, ez a technológia különösen alkalmas olyan anyagokra, amelyek hajlamosak a hagyományos folyamatok károsodására.
"Ennek a technológiának az egyik legfontosabb előnye a modularitása és a méretezhetőség. A rendszer integrálható a meglévő gyártási platformokba, lehetővé téve a digitális és elosztott gyártást, valamint új lehetőségek megnyitását a személyre szabott tervezéshez és a gyors prototípus készítéséhez."
A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy ez a módszer közvetlenül képes szintetizálni a fázis-tiszta HFC-kerámiákat egylépéses folyamatban, az 50%-ot meghaladó kerámia konverziós sebességgel, jelentősen felülmúlva a hagyományos porszintering vagy a fotopolimerizációs nyomtatási útvonalakat. Ezenkívül a tanulmány azt jelzi, hogy a termikus iniciátorok és fotoinitiátorok (például DCP és BZP) hozzáadása a prekurzorhoz hatékonyan szabályozhatja az energiaelnyelés és a reakció útvonalait.
