Los investigadores han demostrado una nueva técnica que utiliza láseres para hacer cerámica, lo que puede hacer frente a las altas temperaturas, desde tecnologías de energía nuclear hasta sistemas de trayectoria para naves espaciales y chorro. Esta técnica se puede utilizar para crear recubrimientos de cerámica, azulejos o estructuras complejas de tres dimensiones, que permiten aumentar los nuevos dispositivos y tecnologías mientras aumentan mientras la ingeniería.
“El centrado es un proceso mediante el cual las materias primas o líquidos se convierten en material cerámico”, dice Cherilo, co-co-autor de una disertación sobre esta investigación y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Nos hemos centrado en una cerámica de temperatura muy alta, llamada carburo de Hafnium (HFC). Tradicionalmente, el HFC requiere que las materias primas se mantengan en un horno que pueda alcanzar al menos 2,200 grados Celsius.
“Nuestras técnicas son rápidas, fáciles y necesitan menos energía”.
La nueva técnica opera aplicando láser de 120 vatios en la superficie del polímero líquido en un entorno inactivo, como una cámara de vacío o una cámara de argón. El láser maneja el líquido y lo convierte en cerámica sólida. Se puede usar de dos maneras diferentes.
Primero, el avance del líquido se puede aplicar como un recubrimiento para la infraestructura, como los compuestos de carbono como las tecnologías hipersónicas como misiles y vehículos de exploración espacial. La predicción se puede aplicar a la superficie de la estructura y luego ingresa al láser.
Entonces, “Dado que el proceso de cita no necesita exponer la estructura completa del calor del horno, la nueva técnica promete permitirnos aplicar recubrimientos de cerámica de ultra alta temperatura a los materiales que pueden dañarse al ingresar al horno”.
El segundo método que los ingenieros pueden usar nuevas técnicas de centenning incluyen fabricación adicional, también conocida como impresión 3D. En particular, el método de sinterización láser se puede usar junto con una técnica que es similar al Stereothythmith.
En esta técnica, se coloca un láser sobre una mesa que está sentada en un baño de avance líquido. Para crear una estructura dimensional, los investigadores producen diseños digitales de la estructura y luego “cortan” la estructura en las capas. Para comenzar, el láser tira del perfil de la primera capa de la estructura en el polímero, como colorido en una imagen. Dado que el láser “llena” el área, la energía térmica transforma el polímero líquido en cerámica. La mesa luego se mueve ligeramente en el baño de polímero, y una cuchilla también barre de la parte superior a la parte superior. El láser luego maneja la segunda capa de la estructura, y repite el proceso hasta que tenga un producto hecho de cerámica.
“De hecho, es un poco decir que el láser es Solo “Entonces di”. Es más correcto decir que el láser primero convierte el polímero líquido en un polímero sólido y luego convierte el polímero sólido en cerámica. Sin embargo, todo esto sucede muy rápidamente, este es básicamente un proceso de paso. “
Al probar el concepto de prueba, los investigadores mostraron que las técnicas de centrado láser desarrollaron una línea de cristal, fase de fase HFC pura del polímero líquido de antemano.
“Esta es la primera vez que sabemos que un polímero líquido pudo hacer que esta calidad HFC avance”, dice SO. “Y la cerámica de temperatura extremadamente alta, como su nombre indica, son útiles para aplicaciones generalizadas en las que las tecnologías tienen que soportar temperaturas extremas, como la producción de energía nuclear”.
Los investigadores también prueban que los centros láser se pueden usar para hacer fibra de carbono para hacer recubrimientos HFC de alta calidad de compuesto de carbono de refuerzo (C/C). Básicamente, el recubrimiento cerámico está vinculado a la infraestructura y no era una tapa.
Entonces, “los recubrimientos HFC en sustratos C/C mostraron la posibilidad de usar una adhesión fuerte, una cobertura uniforme y una capa resistente a la protección térmica y la oxidación”. “Esto es especialmente útil porque, además de aplicaciones hipersónicas, las estructuras de carbono/carbono también se usan en boquillas de cohetes, discos de frenos y sistemas de protección térmica aeroespacial, como conos nasales y bordes de ala bien conocidos”.
Las nuevas técnicas de centenning láser son significativamente más eficientes que los centros tradicionales de varias maneras.
“Nuestras técnicas nos permiten hacer estructuras y recubrimientos de cerámica a alta temperatura en segundos o minutos, mientras que las técnicas tradicionales toman horas o días”, dice eso. “Y dado que el centrado láser es agudo y extremadamente localizado, utiliza significativamente menos energía. Además, nuestra visión produce más producción. En particular, los centros láser convierten al menos un 50 % de masa avanzada en cerámica. El enfoque tradicional generalmente cambia solo un 20-40 % de anticipación.
Entonces, “Finalmente, nuestra técnica es relativamente portátil”. “Sí, esto es hacer en un entorno inactivo, pero el transporte de la cámara de vacío y los dispositivos de fabricación adicionales es mucho más fácil que llevar un horno potente y grande.
“Nos apasiona este avance en la cerámica y estamos abiertos a trabajar con socios públicos y privados para transferir esta tecnología en aplicaciones prácticas”, dice Zo.
“El polímero líquido se ha publicado de antemano en una pirosis de reacción láser selectiva por paso,” combinación de carburo de hafnio (HFC) “. Journal of American Ceramic Society. CO -Rponder a este artículo son Tiging Feng, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State. El primer autor de esta disertación es Shaleini Rajput, un investigador posterior a los brotes en el estado de Carolina del Norte. El artículo fue escrito conjuntamente por Koshik Nunnakier Vinod, PhD. Estudiante en el estado de Carolina del Norte.
La investigación se realizó en colaboración con el Centro para el Fabricante de Cerámica Avanzada de Edición, con sede en la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte.
