یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی (NC State) یک فناوری جدید تولیدی مبتنی بر لیزر را نشان داده است که قادر به تولید مواد سرامیکی مقاوم در برابر دمای فوق العاده است که برای برنامه های کاربردی از فناوری انرژی هسته ای گرفته تا وسایل نقلیه هوافضا و سیستم های پیشرانش جت. از این فناوری می توان برای ساخت پوشش های سرامیکی ، کاشی های سرامیکی و حتی ساختارهای پیچیده سه بعدی استفاده کرد و انعطاف پذیری بیشتری را در طراحی دستگاه های با کارایی بالا و سیستم های مهندسی نسل بعدی ارائه می دهد.
"پخت و پز فرآیندی است که مواد اولیه (پودرها یا مایعات) را به مواد سرامیکی تبدیل می کند. در این مطالعه ، ما روی یک سرامیک با دمای فوق العاده بالا متمرکز شده ایم. کارآمد انرژی. "
این روش جدید با تابش سطح پیش ساز پلیمری مایع با لیزر 120- وات در یک جو بی اثر (مانند خلاء یا آرگون) به پخت و پز سرامیکی می رسد. لیزر ابتدا مایع را به یک پلیمر جامد تبدیل می کند و سپس آن را به سرامیک تبدیل می کند. این فرآیند ، که به عنوان پیرولیز واکنش لیزر انتخابی (SLRP) شناخته می شود ، یک رویکرد کاملاً متفاوت برای تولید سرامیک سنتی را نشان می دهد.
"این یک واکنش حرارتی محور است ، اساساً با روشهای سنتی که به فتوپلیمریزاسیون متکی هستند متفاوت است. لیزر گرمایش موضعی را تقریباً 2000 درجه یا بالاتر می کند و فرآیند سرامیک سازی را فقط در چند ثانیه انجام می دهد. این فرایند نه تنها مصرف انرژی کم دارد بلکه تولید برنامه ریزی را نیز امکان پذیر می کند و آن را برای الگوی محلی یا پوشش مناسب مناسب می کند."
بر خلاف فن آوری استریولیتوگرافی (SLA) ، فرایند SLRP به تعلیق پودر یا رزین های قابل استفاده در برابر اشعه ماوراء بنفش تکیه نمی کند و نیازی به اقدامات پس از پردازش مانند بدهی و پخت و پز با درجه حرارت بالا ندارد. این دستیابی به موفقیت باعث می شود تولید افزودنی سرامیک های با ذوب بالا ، به ویژه در برنامه های هوافضا و دفاعی امکان پذیر تر شود.
تیم تحقیق با موفقیت از این روش برای رسوب یکنواخت سرامیک HFC بر روی سطح مواد کامپوزیت کربن-کربن (C/C) استفاده کرده است. C/C یک ماده پیشرفته است که به طور گسترده در محیط های حرارتی شدید مانند ساختارهای محافظت حرارتی پیشرو در وسایل نقلیه هیپرسونیک مورد استفاده قرار می گیرد. این پوشش چسبندگی و پایداری حرارتی بسیار خوبی دارد و ضخامت آن را می توان دقیقاً با تنظیم چگالی انرژی لیزر کنترل کرد. از آنجایی که کل ساختار نیازی به سس در کوره با درجه حرارت بالا ندارد ، این فناوری به ویژه برای موادی که مستعد آسیب در فرآیندهای سنتی هستند مناسب است.
"یکی از مهمترین مزایای این فناوری ، مدولار بودن و مقیاس پذیری آن است. این سیستم می تواند در سیستم عامل های تولیدی موجود ادغام شود ، تولید دیجیتالی و توزیع شده را امکان پذیر کند و امکانات جدیدی را برای طراحی شخصی و نمونه سازی سریع باز کند."
نتایج تجربی نشان می دهد که این روش به طور مستقیم می تواند سرامیک HFC فاز را در یک فرآیند تک مرحله ای سنتز کند ، با یک میزان تبدیل سرامیکی بیش از 50 ٪ ، به طور قابل توجهی از مسیرهای چاپ پودر سنتی یا مسیرهای چاپ فتوپلیمریزاسیون استفاده می کند. علاوه بر این ، این مطالعه نشان می دهد که اضافه کردن مبتکران حرارتی و فوتوینیتاتورها (مانند DCP و BZP) به پیشرو می تواند به طور مؤثر مسیرهای جذب و واکنش انرژی را تنظیم کند.
