Μια σημαντική εξέλιξη στον τομέα των προηγμένων υλικών έρχεται από το North Carolina State University, όπου ερευνητές ανέπτυξαν μια καινοτόμο τεχνολογία laser που επιτρέπει τη δημιουργία εξαιρετικά ανθεκτικών κεραμικών από υγρές πρώτες ύλες, σε ελάχιστο χρόνο. Τα κεραμικά αυτά μπορούν να αντέξουν ακραίες θερμοκρασίες, που ξεπερνούν τους 2000 βαθμούς Κελσίου, και θεωρούνται ιδανικά για εφαρμογές σε αεροδιαστημική τεχνολογία, πυρηνικούς αντιδραστήρες και οχήματα υπερηχητικής ταχύτητας.
Μέχρι σήμερα, η κατασκευή τέτοιων υλικών βασιζόταν σε επίπονες και ενεργοβόρες διαδικασίες, που απαιτούσαν τη χρήση βιομηχανικών φούρνων με θερμοκρασίες άνω των 2200 βαθμών. Η νέα προσέγγιση, βασισμένη σε τεχνική σύντηξης με laser (laser sintering), επιτρέπει την παραγωγή των ίδιων κεραμικών σε ελάχιστα λεπτά, ξεκινώντας απευθείας από ένα υγρό μίγμα.
Η μέθοδος αξιοποιεί ένα laser ισχύος 120 Watt, το οποίο λειτουργεί μέσα σε ένα κενό θαλάμου γεμάτο αργό (ώστε να αποφευχθεί η παρουσία οξυγόνου). Το laser κατευθύνεται πάνω σε ένα πολυμερές υγρό που περιέχει τα απαραίτητα χημικά στοιχεία (δηλαδή άφνιο και άνθρακα) προκειμένου να παραχθεί καρβίδιο του αφνίου (HfC), ένα από τα πιο ανθεκτικά κεραμικά στον κόσμο.
Η μετατροπή του υγρού σε κεραμικό πραγματοποιείται σε ένα μόνο στάδιο. Το υγρό μετατρέπεται αρχικά σε στερεό και σχεδόν ταυτόχρονα αποκτά τη μορφή του κεραμικού, καθιστώντας τη διαδικασία εξαιρετικά απλή και αποδοτική. Οι ερευνητές αποκαλούν τη μέθοδο αυτή «one-step» και εξηγούν ότι μπορεί να εφαρμοστεί με δύο τρόπους.
Αφενός, το υγρό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επίστρωση σε υπάρχουσες επιφάνειες, δημιουργώντας ένα προστατευτικό στρώμα από κεραμικό χωρίς να απαιτείται η θέρμανση ολόκληρου του αντικειμένου. Αφετέρου, η τεχνική μπορεί να συνδυαστεί με τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης (3D printing), καθώς το κινητό laser στερεοποιεί το υλικό στρώση-στρώση μέσα σε δοχείο, επιτρέποντας την κατασκευή πολύπλοκων αντικειμένων με μεγάλη ακρίβεια.
Πέρα από την ταχύτητα και την ευελιξία της μεθόδου, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει και η αποδοτικότητά της. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, τουλάχιστον το 50% της αρχικής μάζας του υγρού μετατρέπεται σε κεραμικό, ποσοστό αισθητά υψηλότερο από το 20-40% που επιτυγχάνεται με τις παραδοσιακές τεχνικές.
Αξίζει επίσης να σημειωθεί πως τα κεραμικά επικαλύψεων που προέκυψαν από τη νέα μέθοδο έδειξαν εξαιρετική πρόσφυση σε σύνθετα υλικά με ενίσχυση από ανθρακονήματα, κάτι που ενισχύει τις προοπτικές πρακτικής εφαρμογής τους στη βιομηχανία.
Η καθηγήτρια Cheryl Xu, συν-συγγραφέας της μελέτης, επισημαίνει ότι πρόκειται για την πρώτη φορά που το καρβίδιο του αφνίου παράγεται με τόσο υψηλή ποιότητα από υγρό πρόδρομο υλικό. Αν και η διαδικασία εξακολουθεί να απαιτεί ειδικό θάλαμο κενού, το γεγονός ότι ο εξοπλισμός με laser είναι κατά πολύ πιο φορητός και ευέλικτος από τους μεγάλους βιομηχανικούς φούρνους ανοίγει τον δρόμο για πιο ευέλικτες και τοπικές εφαρμογές, ακόμη και εκτός του βιομηχανικού περιβάλλοντος.
[via]
