Tadqiqotchilar yadro energetikasi texnologiyalaridan tortib kosmik kemalar va reaktiv egzoz tizimlarigacha boʻlgan ilovalar uchun ultra{0}}yuqori haroratlarga bardosh bera oladigan keramika yaratish uchun lazerlardan foydalanadigan yangi texnikani namoyish etdilar. Ushbu texnikadan keramik qoplamalar, plitkalar yoki murakkab uch o'lchovli tuzilmalarni yaratish uchun foydalanish mumkin, bu esa yangi qurilmalar va texnologiyalarni yaratishda ko'p qirralilikni oshirish imkonini beradi.
Shimoliy Karolina shtat universitetining mexanika va aerokosmik muhandislik professori, ushbu tadqiqotga oid maqolaning hammuallifi-Sheril Xu: “Sinterlash xomashyoni – kukun yoki suyuqlikni – keramik materialga aylantirish jarayonidir”, deydi. "Ushbu ish uchun biz gafniy karbid (HfC) deb ataladigan ultra-yuqori haroratli keramikaga e'tibor qaratdik. An'anaga ko'ra, HfC ni sinterlash uchun xom ashyoni kamida 2200 daraja Selsiy bo'yicha haroratga erisha oladigan o'choqqa joylashtirish kerak bo'ladi - bu ko'p vaqt va energiya talab qiladigan jarayon-.
"Bizning texnikamiz tezroq, osonroq va kamroq energiya talab qiladi."
Yangi texnika inert muhitda, masalan, vakuum kamerasi yoki argon bilan to'ldirilgan kamerada suyuq polimer kashshofining yuzasiga 120 vattli lazerni qo'llash orqali ishlaydi. Lazer suyuqlikni sinterlaydi, uni qattiq seramikaga aylantiradi. Bu ikki xil usulda ishlatilishi mumkin.
Birinchidan,suyuq kashshof raketalar va kosmik tadqiqot vositalari kabi gipersonik texnologiyalarda qo'llaniladigan uglerod kompozitlari kabi asosiy strukturaga qoplama sifatida qo'llanilishi mumkin. Prekursor strukturaning yuzasiga qo'llanilishi va keyin lazer bilan sinterlanishi mumkin.
"Sinterlash jarayoni butun tuzilmani pechning issiqligiga ta'sir qilishni talab qilmagani uchun, yangi texnika o'choqda sinterlash natijasida shikastlanishi mumkin bo'lgan materiallarga ultra-yuqori haroratli keramik qoplamalarni qo'llash imkonini beradi", deydi Syu.
IkkinchisiMuhandislarning yangi sinterlash texnikasidan foydalanishi qo'shimcha ishlab chiqarishni o'z ichiga oladi, bu 3D bosib chiqarish deb ham ataladi. Xususan, lazerli sinterlash usuli stereolitografiyaga o'xshash texnika bilan birgalikda ishlatilishi mumkin.
Ushbu texnikada lazer suyuqlik prekursorining hammomida o'tirgan stolga o'rnatiladi. Uch oʻlchovli tuzilmani yaratish uchun tadqiqotchilar strukturaning raqamli dizaynini yaratadilar, soʻngra bu strukturani qatlamlarga “boʻladilar”. Boshlash uchun lazer polimerdagi strukturaning birinchi qatlamining profilini chizib, profilni rasmda bo'yash kabi to'ldiradi. Lazer bu maydonni "to'ldirishi" natijasida issiqlik energiyasi suyuq polimerni keramikaga aylantiradi. Keyin stol polimer hammomiga bir oz pastga tushadi va sirtni tekislash uchun pichoq tepa bo'ylab supuradi. Keyin lazer strukturaning ikkinchi qatlamini sinterlaydi va bu jarayon siz sinterlangan keramikadan tayyor mahsulotga ega bo'lguningizcha takrorlanadi.
“Aslida lazer deb aytish biroz haddan tashqari soddalashtirishfaqatSuyuq prekursorni sinterlash, - deydi Xu. "Lazer avval suyuq polimerni qattiq polimerga aylantiradi, keyin esa qattiq polimerni keramikaga aylantiradi, deyish to'g'riroq. Biroq, bularning barchasi juda tez sodir bo'ladi - bu, asosan, bir bosqichli-jarayon."
Kontseptsiya sinovini-tasdiqlashda{1}}tadqiqotchilar lazerli sinterlash usuli suyuq polimer prekursoridan kristalli, fazali{2}}sof HfC hosil qilishini ko‘rsatdi.
"Biz birinchi marta kimdir suyuq polimer kashshofidan bunday sifatdagi HfC ni qayerda yaratishga muvaffaq bo'lganini bilamiz", deydi Xu. "Va ultra{1}}yuqori haroratli keramika, nomidan ko'rinib turibdiki, texnologiyalar yadro energiyasini ishlab chiqarish kabi ekstremal haroratlarga bardosh berishi kerak bo'lgan keng ko'lamli ilovalar uchun foydalidir."
Tadqiqotchilar, shuningdek, lazerli sinterlashdan uglerodli tola bilan mustahkamlangan uglerodli kompozitlardan (C/C) yuqori sifatli HfC qoplamalarini yaratish uchun foydalanish mumkinligini ko'rsatdi. Asosan, keramika qoplamasi asosiy tuzilishga yopishtirilgan va tozalanmagan.
"C/C substratlaridagi HfC qoplamalari kuchli yopishish, bir xil qoplama va termal himoya va oksidlanishga chidamli qatlam sifatida foydalanish potentsialini namoyish etdi", deydi Xu. "Bu ayniqsa foydalidir, chunki gipertovushli ilovalarga qo'shimcha ravishda uglerod / uglerod tuzilmalari raketa nozullari, tormoz disklari va burun konuslari va qanotlarning oldingi qirralari kabi aerokosmik termal himoya tizimlarida qo'llaniladi."
Yangi lazer sinterlash texnikasi ham bir necha jihatdan an'anaviy sinterlashdan sezilarli darajada samaraliroq.
"Bizning texnikamiz ultra{0}}yuqori haroratli keramika konstruksiyalari va qoplamalarini soniya yoki daqiqada yaratish imkonini beradi, an'anaviy texnikalar esa bir necha soat yoki kun davom etadi", deydi Xu. "Va lazer sinterlash tezroq va yuqori darajada lokalizatsiya qilinganligi sababli, u sezilarli darajada kamroq energiya sarflaydi. Bundan tashqari, bizning yondashuvimiz yuqori rentabellikga olib keladi. Xususan, lazerli sinterlash prekursor massasining kamida 50 foizini keramikaga aylantiradi. An'anaviy yondashuvlar odatda prekursorning atigi 20-40 foizini aylantiradi.
"Nihoyat, bizning texnikamiz nisbatan ko'chma", deydi Xu. “Ha, buni inert muhitda qilish kerak, lekin vakuum kamerasi va qoʻshimchalar ishlab chiqarish uskunasini tashish kuchli, katta{1}}oʻchoqni tashishdan ancha oson.
"Biz keramika sohasidagi bu yutuqlardan xursandmiz va ushbu texnologiyani amaliy dasturlarda foydalanish uchun o'tkazish uchun davlat va xususiy sheriklar bilan ishlashga tayyormiz", deydi Xu.
“Suyuq polimer prekursoridan bir bosqichli selektiv lazer reaksiyasi piroliz- orqali gafniy karbid (HfC) sintezi” maqolasi chop etilgan.Amerika keramika jamiyati jurnali. Maqolaning hammuallif muallifi Tiegang Fang, NC State mexanika va aerokosmik muhandislik professori. Maqola{3}}birinchi mualliflari NC Stateda postdoktorlik tadqiqotchisi Shalini Rajpoot va Ph.D Kaushik Nonavinakere Vinoddir. NC State talabasi.
Tadqiqot Shimoliy Karolinadagi Sharlotta universitetida joylashgan ilg'or keramika qo'shimcha ishlab chiqarish markazi ko'magida amalga oshirildi.
