„Przyszłość ceramiki wydaje się obiecująca, ponieważ połączenie innowacyjnej nauki i inżynierii stale się rozwija” – mówi Cheryl Xu, profesor na NC State. Naukowcy z North Carolina State University zaprezentowali przełomową technikę spiekania laserowego do tworzenia ceramiki ultrawysokotemperaturowej 14 maja 2025 roku.
Nowa metoda znacznie usprawnia produkcję ceramiki, takiej jak węglik hafnu (HfC), znany ze swojej wyjątkowej odporności na ciepło. Tradycyjne metody wymagają temperatur przekraczających 2200 stopni Celsjusza, ale technika laserowa jest szybsza i bardziej energooszczędna.
Proces polega na skierowaniu lasera o mocy 120 watów na ciekły prekursor polimerowy w kontrolowanym środowisku. Powoduje to przekształcenie cieczy w stały materiał ceramiczny, odpowiedni do powłok lub struktur drukowanych 3D. Technika spiekania laserowego jest również przenośna, w przeciwieństwie do tradycyjnego spiekania.
Jednym z kluczowych zastosowań jest tworzenie powłok ochronnych dla kompozytów węglowych stosowanych w technologiach hipersonicznych. Zlokalizowane spiekanie laserowe minimalizuje uszkodzenia strukturalne i zwiększa ochronę termiczną. Technika ta integruje się również z produkcją przyrostową, umożliwiając tworzenie złożonych struktur ceramicznych 3D.
Technika laserowa charakteryzuje się wydajnością konwersji na poziomie co najmniej 50%, znacznie wyższą niż 20-40% w przypadku metod tradycyjnych. Prowadzi to do mniejszej ilości odpadów i bardziej zrównoważonego podejścia do produkcji. Zespół z powodzeniem wyprodukował krystaliczny, jednofazowy HfC, demonstrując potencjał technologii w ekstremalnych środowiskach.
Testy powłok HfC nałożonych na kompozyty z włókien węglowych wykazały silną przyczepność i jednolite pokrycie, niezbędne dla systemów ochrony termicznej. Otwiera to drzwi do ulepszonych zastosowań inżynieryjnych w przemyśle lotniczym i innych branżach. Badania, opublikowane w Journal of the American Ceramic Society, mają nadzieję zainspirować do dalszego wdrażania tych technik.