Os pesquisadores mostraram uma nova técnica que usa o laser para criar cerâmica que pode suportar altas temperaturas, da tecnologia de energia nuclear a sistemas de naves espaciais e jato com aplicações. A estratégia pode ser usada para criar revestimento de cerâmica, ladrilhos ou estruturas tridimensionais complexas, o que permite aumentar a versatilidade durante a engenharia de novos dispositivos e tecnologias.
“Cinntering é o processo pelo qual as matérias-primas são transformadas em fluido ou fluidos em um ingrediente de cerâmica”, disse Cherry Joo, co-autor de artigo de um artigo e professor do Departamento de Engenharia Mecânica e Espacial da Universidade Estadual da Carolina do Norte. “Para esse fim, focamos em uma cerâmica de alta temperatura chamada Halfnium Carbide (HFC). É necessária a tradição para instalar matéria-prima em um reator para sinterizar o HFC que pode atingir pelo menos 2.200 graus Celsius-um processo que consome tempo e energia.
“Nossa técnica é rápida, simples e menos energia” “
A nova técnica funciona aplicando um laser de 120 wat na superfície do polímero líquido em um ambiente material, como uma câmara de vácuo ou uma câmara cheia de argônio. O laser faz o líquido, transformando -o em uma cerâmica sólida. Pode ser usado de duas maneiras diferentes.
Primeiro, o anterior pode ser aplicado à estrutura subjacente, como o composto de carbono usado em tecnologia hipersônica, como mísseis e veículos de exploração espacial. O anterior pode ser aplicado à superfície da estrutura e, em seguida, o laser pode ser centrado com um laser.
“Como o processo de Cintering não requer toda a estrutura para abrir o reator, a nova técnica promete aplicar o revestimento de cerâmica de alta temperatura a materiais que podem ser danificados pelo cinema em nossos fornos”, disse Ju.
Na segunda maneira de os engenheiros usarem a nova técnica de cinering, envolve a fabricação aditiva, também conhecida como impressão 3D. Em particular, o método de Cintering a laser pode ser usado juntamente com uma tecnologia semelhante à estereotografia.
Nesta técnica, um laser é montado em cima de uma mesa que fica no banho anterior do líquido. Para criar uma estrutura tridimensional, os pesquisadores criam um design digital da estrutura e depois “fatiados” nessa estrutura. Para começar, o laser desenha o perfil da primeira camada da estrutura no polímero, preenchendo o perfil de forma que seja colorida em uma imagem. O laser converte a energia térmica no polímero líquido como o laser “encher” a região. A mesa reduz um pouco mais no banho de polímero e uma lâmina é espalhada por cima da superfície. O laser é então a segunda camada da estrutura, e esse processo repete até que você tenha um produto acabado feito de syn com cerâmica.
“Na verdade, é um pouco demais dizer o laser Apenas Sinterizando o fluido para o primeiro plano “, diz Joo.” Também está correto que o laser converte primeiro o polímero líquido em um polímero sólido e depois transforma o polímero sólido em uma cerâmica. No entanto, tudo isso acontece muito rapidamente-é basicamente um processo de uma etapa “” “
No teste de conceito de prova, os pesquisadores mostraram que a técnica de Cintering a laser criou um HFC de cristal e fase do polímero de fluido anterior.
“Este é o primeiro que sabemos que alguém foi capaz de criar esse HFC de qualidade a partir do polímero líquido anterior”, disse Ju. “” E a cerâmica de alto nível, como o nome é entendido, é eficaz para aplicações amplas em que a tecnologia deve passar por temperatura extrema para produzir energia nuclear “.
Os pesquisadores também provaram que o Cintering a laser pode ser usado para produzir revestimento de HFC de alta qualidade do compósito de carbono reforçado com fibra de carbono (C/C). Basicamente, o revestimento de cerâmica está ligado à estrutura subjacente e não deixou a casca.
“O revestimento HFC em camadas C/C mostrou a possibilidade de uso como cobertura forte e idêntica e proteção térmica e a possibilidade de uso como uma camada resistente a coentro”, disse Ju. “Isso é especialmente eficaz devido às aplicações hipersônicas, bem como ao bico de foguete de carbono/estrutura de carbono, cone e cone de disco e asas do nariz, como as bordas superiores da borda superior dos sistemas de proteção de calor”.
A nova técnica de Cintering a laser é significativamente mais eficiente que o cinema convencional de várias maneiras.
“Nossa técnica nos permite criar uma estrutura de cerâmica de temperatura muito alta e revestimento em segundos ou minutos, onde as técnicas convencionais levam horas ou dias”, disse Ju. “E como o Cintering a laser tem sido mais rápido e alto localizado, ele usa menos energia. Além disso, nossa abordagem produz rendimentos mais altos. Em particular, pelo menos 50% da massa anterior converte a massa anterior em cerâmica. A abordagem convencional geralmente é convertida apenas 20-40% dos métodos anteriores.
“Até o fim, nossa estratégia é relativamente influente”, disse Joo. “Sim, isso deve ser feito em um ambiente material, mas o transporte de uma câmara de vácuo e equipamentos de fabricação aditiva é muito mais fácil do que transportar um forno de tamanho grande e forte.
“Estamos entusiasmados com esses avanços na cerâmica e estamos abertos a trabalhar com parceiros públicos e privados para converter essa tecnologia para uso nessas aplicações avançadas e práticas”, disse Ju.
“A síntese do carboneto de hafnium (HFC) através da pirólise na reação a laser de seleção de uma etapa do precedente de polímero líquido” foi publicado Journal of American Ceramic SocietyO autor vice-afiliado do artigo é Tigang Fang, professor de engenharia mecânica e aeroespacial do estado da NC. O primeiro autor do artigo é Shalini Rajput, pesquisador pós -dótico do Estado da NC. O jornal foi co-autor de Kaushik Nonvakare Vinod, um doutorado. Estudante no estado da NC.
A pesquisa foi realizada com a ajuda do Advanced Ceramic Center para fabricantes adicionais da Universidade da Carolina do Norte em Charlot.
