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Kein Ofen erforderlich: Ingenieure entwickeln Laser, mit denen Keramik leicht zusammengeschweißt werden kann

Kein Ofen erforderlich: Ingenieure entwickeln Laser, mit denen Keramik leicht zusammengeschweißt werden kann

Wir leben in einer Keramikwelt. Keramik ist überall, sogar in der Welt der Technik. Die wichtigste und allgemeinste Eigenschaft von Keramik ist, dass sie feuerfest ist. Was bedeutet das? Es handelt sich um „Rough-and-Tumble“ -Materialien, die in einer Vielzahl von Situationen in großem Umfang missbraucht werden. Glauben Sie uns nicht?

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Keramikfliesen werden für Raumfähren verwendet. Das Komposit hält enormen Temperaturen stand und wurde sogar zum Schutz von Bereichen des Space Shuttles verwendet, die sich darüber erheben würden 1.260 ° C.. Keramik hat hohe Schmelzpunkte, große Härte und Festigkeit, enorme Haltbarkeit und große chemische Inertheit. Warum also nicht die ganze Zeit benutzen?

Das Zusammenschweißen von Keramik war traditionell schwierig, da sie zum Schmelzen hohe Temperaturen benötigen, die sie wiederum „extremen Temperaturgradienten aussetzen können, die Risse verursachen“. Forscher der University of California in San Diego und der University of California Riverside haben jedoch eine Lösung für dieses Problem gefunden.

Verwendung von Lasern auf Keramik

Veröffentlicht in einer Studie in der wissenschaftlichen Zeitschrift gefunden, WissenschaftDie Ingenieure beider Teams haben einen ultraschnellen gepulsten Laser entwickelt, mit dem Keramikmaterialien zusammengeschmolzen und miteinander verschmolzen werden können. Was macht das so besonders? Abgesehen davon, dass nicht einmal ein Ofen benötigt wird, arbeitet das neue Laserverfahren unter Umgebungsbedingungen und verbraucht weniger als 50 Watt Laserleistung.

Wie oben erwähnt, sind Keramiken von großem Interesse und haben eine Vielzahl von Anwendungen. In der Studie diskutieren die Forscher die Verwendung von Keramik für biomedizinische Implantate und als Schutzhüllen in der Elektronik. Kurz gesagt, Sie könnten kratzfeste intelligente mobile Geräte, metallfreie Herzschrittmacher und Elektronik für die Raumfahrt erstellen.

"Im Moment gibt es keine Möglichkeit, elektronische Komponenten in Keramik einzuschließen oder abzudichten, da Sie die gesamte Baugruppe in einen Ofen stellen müssten, wodurch die Elektronik verbrannt würde", sagte Javier E. Garay, Professor für Maschinenbau und Werkstoffe Wissenschaft und Technik an der UC San Diego.

Wie funktioniert der Laser?

Der ultraschnelle gepulste Laserschweißprozess wurde aus der Sicht heraus entwickelt, um eine Reihe kurzer Laserpulse entlang der Grenzfläche zweier Keramikteile zu erzeugen. Diese Laserwärme baut sich nur an der Grenzfläche auf und verursacht ein lokales Schmelzen. Um dieses System zu schaffen, arbeiteten die Forscher daran, zwei Aspekte ihres Experiments zu optimieren.

Zunächst konzentrierten sie sich auf die Laserparameter wie Belichtungszeit, Anzahl der Laserpulse und Dauer des Pulses. Als nächstes arbeiteten sie an der Transparenz des Keramikmaterials.

"Der Sweet Spot ultraschneller Impulse betrug zwei Pikosekunden bei einer hohen Wiederholungsrate von einem Megahertz zusammen mit einer moderaten Gesamtzahl von Impulsen. Dies maximierte den Schmelzendurchmesser, minimierte die Materialablation und die zeitgesteuerte Abkühlung genau richtig für die bestmögliche Schweißnaht." sagte Maschinenbau Guillermo Aguilar.

Derzeit wird das Verfahren nur bei kleinen Keramikteilen angewendet, die nicht größer als zwei Zentimeter sind. Die Ingenieure hoffen schließlich, es für verschiedene Arten von Materialien und Geometrien zu optimieren.


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