technika
Autor: Sophie Bushwick | dodano: 2020-01-23
Spawanie ceramiki

 

Materiały ceramiczne charakteryzują się dużą twardością i trwałością – są niepodatne na zarysowania bardziej niż szkło i znoszą wysoką temperaturę lepiej niż większość metali. Mogą one służyć do wyrobu osłon urządzeń elektronicznych, które mają działać w trudnych warunkach, na przykład, w przestrzeni kosmicznej lub wewnątrz ludzkiego ciała – niemniej te właśnie zalety są źródłem trudności przy ich łączeniu. Zespolenie dwóch kawałków ceramiki nieprzepuszczającą powietrza spoiną wymaga podgrzania ich do około 2000°C, co na ogół powoduje zniszczenie umieszczonej wewnątrz elektroniki. Ostatnio jednak badacze wynaleźli technikę łączenia poprzez punktowe rozgrzewanie powierzchni ceramiki laserem, opisali ją w sierpniu w Science.

Laserów używano już wcześniej do zgrzewania szkła, nadtapiając spajane miejsce specjalnie dobraną wiązką laserową, pulsującą z częstotliwością biliona razy na sekundę. Jednak w odróżnieniu od szkła ceramika odbija światło, zamiast je absorbować w głąb. „Gdy pomyślimy o ceramice, przychodzi nam do głowy filiżanka lub talerz” – mówi kierujący tymi badaniami Javier E. Garay, specjalista w zakresie inżynierii mechanicznej i aerokosmicznej na University of California w San Diego. Takie przedmioty są nieprzezroczyste, ponieważ ich materiał zawiera mikroskopijne pory, na których światło ulega rozproszeniu, wyjaśnia Garay. Poprzez zmianę technologii produkcji, tak aby zmniejszyć wielkość i liczbę porów, co sugerował materiałoznawca Rober Coble już 60 lat temu, można doprowadzić do tego, że przedmiot wykonany z ceramiki będzie przeświecający, a nawet zupełnie przeźroczysty.

Z użyciem przezroczystej wersji zwykłej ceramiki oraz techniki laserowej zbliżonej do stosowanej dla szkła badaczom udało się połączyć ze sobą cylindryczne pojemniki. Uzyskana spoina była tak szczelna, że praktycznie nie przepuszczała powietrza, będąc w stanie utrzymać w środku próżnię, co kwalifikowało ją do zastosowań w przestrzeni kosmicznej. Ponieważ te materiały ceramiczne nie wchodzą w reakcje z tkanką żywą, można by z nich również wykonywać osłony urządzeń ceramicznych wszczepianych do ludzkiego ciała.

„To jest olbrzymie osiągnięcie inżynierii” – mówi Himanshu Jain, materiałoznawca z Lehigh University, który nie brał udziału w tych nowych badaniach. Choć już wcześniej stapiano ceramikę za pomocą lasera, zaznacza, po raz pierwszy wiązka laserowa posłużyła do zgrzania ze sobą dwóch elementów ceramicznych. „Najtrudniej jest uzyskać dowód słuszności ogólnej koncepcji – kontynuuje. – Teraz można przejść do szczegółów i wyjaśnić naukowo, dlaczego ta technika działa i w jaki sposób działa – i to jest  jeszcze do zrobienia”.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 02/2020 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
09/2020
10/2019 - specjalny
Kalendarium
Wrzesień
28
W 1980 r. w obserwatorium astronomicznym Siding Spring (Australia) odkryto kometę 89P/Russell.
Warto przeczytać
Co wspólnego mają suknia ślubna i kombinezon sapera?    
Dlaczego dla marynarzy bardziej niebezpieczne od rekinów są krewetki?
Kiedy kurczak najlepiej sprawdza się jako broń artyleryjska?

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Sophie Bushwick | dodano: 2020-01-23
Spawanie ceramiki

 

Materiały ceramiczne charakteryzują się dużą twardością i trwałością – są niepodatne na zarysowania bardziej niż szkło i znoszą wysoką temperaturę lepiej niż większość metali. Mogą one służyć do wyrobu osłon urządzeń elektronicznych, które mają działać w trudnych warunkach, na przykład, w przestrzeni kosmicznej lub wewnątrz ludzkiego ciała – niemniej te właśnie zalety są źródłem trudności przy ich łączeniu. Zespolenie dwóch kawałków ceramiki nieprzepuszczającą powietrza spoiną wymaga podgrzania ich do około 2000°C, co na ogół powoduje zniszczenie umieszczonej wewnątrz elektroniki. Ostatnio jednak badacze wynaleźli technikę łączenia poprzez punktowe rozgrzewanie powierzchni ceramiki laserem, opisali ją w sierpniu w Science.

Laserów używano już wcześniej do zgrzewania szkła, nadtapiając spajane miejsce specjalnie dobraną wiązką laserową, pulsującą z częstotliwością biliona razy na sekundę. Jednak w odróżnieniu od szkła ceramika odbija światło, zamiast je absorbować w głąb. „Gdy pomyślimy o ceramice, przychodzi nam do głowy filiżanka lub talerz” – mówi kierujący tymi badaniami Javier E. Garay, specjalista w zakresie inżynierii mechanicznej i aerokosmicznej na University of California w San Diego. Takie przedmioty są nieprzezroczyste, ponieważ ich materiał zawiera mikroskopijne pory, na których światło ulega rozproszeniu, wyjaśnia Garay. Poprzez zmianę technologii produkcji, tak aby zmniejszyć wielkość i liczbę porów, co sugerował materiałoznawca Rober Coble już 60 lat temu, można doprowadzić do tego, że przedmiot wykonany z ceramiki będzie przeświecający, a nawet zupełnie przeźroczysty.

Z użyciem przezroczystej wersji zwykłej ceramiki oraz techniki laserowej zbliżonej do stosowanej dla szkła badaczom udało się połączyć ze sobą cylindryczne pojemniki. Uzyskana spoina była tak szczelna, że praktycznie nie przepuszczała powietrza, będąc w stanie utrzymać w środku próżnię, co kwalifikowało ją do zastosowań w przestrzeni kosmicznej. Ponieważ te materiały ceramiczne nie wchodzą w reakcje z tkanką żywą, można by z nich również wykonywać osłony urządzeń ceramicznych wszczepianych do ludzkiego ciała.

„To jest olbrzymie osiągnięcie inżynierii” – mówi Himanshu Jain, materiałoznawca z Lehigh University, który nie brał udziału w tych nowych badaniach. Choć już wcześniej stapiano ceramikę za pomocą lasera, zaznacza, po raz pierwszy wiązka laserowa posłużyła do zgrzania ze sobą dwóch elementów ceramicznych. „Najtrudniej jest uzyskać dowód słuszności ogólnej koncepcji – kontynuuje. – Teraz można przejść do szczegółów i wyjaśnić naukowo, dlaczego ta technika działa i w jaki sposób działa – i to jest  jeszcze do zrobienia”.