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レーザー技術は、セラミック製造をスペース用に変換します

研究者は、原子力発電技術から宇宙船やジェット排気システムに至るまでの用途を使用して、レーザーを使用して超高温に耐えることができるセラミックを作成する新しい技術を実証しました。この技術は、セラミックコーティング、タイル、または複雑な3次元構造を作成するために使用できます。これにより、新しいデバイスとテクノロジーを設計する際に汎用性が向上します。「焼結は、原材料 - 粉末または液体のいずれかがセラミック材料に変換されるプロセスです」と、この研究に関する論文の共同著者であり、ノースカロライナ州立大学の機械および航空宇宙工学の教授であるCheryl Xu氏は述べています。 「この作業では、ハフニウム炭化物（HFC）と呼ばれる超高温セラミックに焦点を当てました。伝統的に、焼結HFCは、少なくとも2,200度の温度に達することができる炉に原材料を配置する必要があります。「私たちのテクニックはより速く、より簡単で、必要なエネルギーが少なくなります。」この新しい技術は、120ワットのレーザーを、真空チャンバーやアルゴンで満たされたチャンバーなどの不活性環境で液体ポリマー前駆体の表面に適用することで機能します。レーザーは液体を焼いて、それを固体セラミックに変えます。これは、2つの異なる方法で使用できます。まず、液体前駆体は、ミサイルや宇宙探査車両などの極音技術で使用される炭素複合材料など、基礎となる構造へのコーティングとして適用できます。前駆体は構造の表面に適用し、レーザーで焼結することができます。「焼結プロセスでは、構造全体を炉の熱にさらす必要がないため、新しい技術は、炉内で焼結することで損傷する可能性のある材料に超高温セラミックコーティングを適用できるようにすることを約束します」とXu氏は言います。エンジニアが新しい焼結技術を利用できる2番目の方法には、3D印刷としても知られる添加剤の製造が含まれます。具体的には、レーザー焼結方法は、ステレオリソグラフィに似た技術と組み合わせて使用できます。この手法では、レーザーが液体前駆体のお風呂にあるテーブルに取り付けられています。 3次元構造を作成するために、研究者は構造のデジタル設計を作成し、その構造を層に「スライス」します。まず、レーザーはポリマー内の構造の最初の層のプロファイルを描き、まるで絵の色を塗っているかのようにプロファイルを埋めます。レーザーがこの領域を「埋める」と、熱エネルギーは液体ポリマーをセラミックに変換します。その後、テーブルはポリマーバスに少し下がり、ブレードが上部を横切ってスイープして表面を均等にします。その後、レーザーは構造の2番目の層を焼います。このプロセスは、焼結されたセラミックで作られた最終製品ができるまで繰り返されます。「実際、レーザーは液体前駆体を焼いただけだと言うのは少し単純化されています」とXu氏は言います。 「レーザーが最初に液体ポリマーを固体ポリマーに変換し、固体ポリマーをセラミックに変換すると言う方が正確です。しかし、これはすべて非常に迅速に起こります - それは本質的にワンステッププロセスです。」概念実証テストでは、研究者は、レーザー焼結技術が液体ポリマー前駆体から結晶性の位相症HFCを生成することを実証しました。「液体ポリマー前駆体からこの品質のHFCをどこで作成できたのかが初めてです」とXu氏は言います。 「そして、その名前が示すように、超高温セラミックは、技術が原子力エネルギー生産などの極端な温度に耐えなければならない幅広い用途に役立ちます。」研究者はまた、レーザー焼結を使用して、炭素繊維強化炭素複合材料（C/C）の高品質のHFCコーティングを作成できることを実証しました。基本的に、セラミックコーティングは基礎となる構造に結合し、剥がれませんでした。「C/C基質上のHFCコーティングは、熱保護および酸化耐性層としての強い接着、均一なカバレッジ、および使用の可能性を示しました」とXu氏は言います。 「これは特に役立ちます。過敏な用途に加えて、ロケットノズル、ブレーキディスク、ノーズコーンや翼の先行エッジなどの航空宇宙熱保護システムで炭素/炭素構造が使用されるためです。」新しいレーザー焼結技術は、いくつかの方法で従来の焼結よりもはるかに効率的です。「私たちの手法により、数秒または数分で超高温セラミック構造とコーティングを作成することができますが、従来の技術には数時間または数日かかります」とXu氏は言います。 「そして、レーザー焼結はより速く、高度に局所化されるため、エネルギーが大幅に少なくなります。さらに、私たちのアプローチはより高い収量を生み出します。特に、レーザー焼結は前駆体質量の少なくとも50％をセラミックに変換します。通常、従来のアプローチは前駆体の20〜40％のみを変換します。「最後に、私たちのテクニックは比較的携帯用です」とXu氏は言います。 「はい、不活性環境で行う必要がありますが、真空チャンバーと添加剤の製造装置を輸送することは、強力で大規模な炉を輸送するよりもはるかに簡単です。「私たちはこのセラミックの進歩に興奮しており、公的および私的パートナーと協力して、実際のアプリケーションで使用するためにこのテクノロジーを移行することにオープンです」とXu氏は言います。論文」液体ポリマー前駆体からのワンステップ選択レーザー反応熱分解を介した炭化ハフニウム（HFC）の合成、「Journal of the American Ceramic Societyに掲載されています。論文の共同著者は、NC州の機械および航空宇宙工学の教授であるTiegang Fangです。論文の共同著者は、NC州のポスドク研究者であるShalini RajpootとKaushik Nonavinakere Vinod、学生の学生です。この研究は、ノースカロライナ大学シャーロット校に拠点を置く高度セラミックの添加剤の添加剤製造センターからの支援を受けて行われました。 /パブリックリリース。起源の組織/著者のこの資料は、ポイントインタイムの性質であり、明確さ、スタイル、長さのために編集される可能性があります。 Mirage.Newsは制度的な立場や側面を取ることはなく、ここで表明されたすべての見解、位置、および結論は、著者のみのもののみです。 ここ。 #レーザー技術はセラミック製造をスペース用に変換します