Виробництво добавок
Лазерна кераміка може революціонізувати аерокосмічну галузь
Securities.io дотримується суворих редакційних стандартів і може отримувати винагороду за перевірені посилання. Ми не є зареєстрованим інвестиційним консультантом, і це не є інвестиційною порадою. Будь ласка, перегляньте наші розкриття партнерів.
Чому кераміка має значення в аерокосмічній галузі
В аерокосмічних матеріалах часто використовуються рідкісні метали, наприклад титан, реній, іридійабо вольфрам (перейдіть за посиланнями, щоб отримати спеціальний інвестиційний звіт про кожен із цих рідкісних технологічних металів). Це забезпечує каркасам літаків і космічних кораблів, турбінам, вихлопним газам реакторів та іншим критично важливим компонентам стійкість до тепла та механічних навантажень, необхідних для екстремальних умов польотів.
Ще однією категорією використовуваних матеріалів є кераміка. Ці матеріали відрізняються від металу тим, що вихідними компонентами часто є відносно звичайні мінерали. Однак правильне поєднання мінералів, отримане в правильних умовах, може мати надзвичайні властивості. Наприклад, більшість плиток, здатних витримувати екстремальну спеку під час повернення в атмосферу космічних кораблів, виготовлені з кераміки.
джерело: NASA
Керамічні матеріали не плавляться (як метал), а спікаються, процес, більш схожий на те, як виробляють скло. Лише деякі з розплавлених/засклоподібних сполук утримують разом нерозплавлені частинки.
джерело: Хенгко
Крім того, спікання вимагає розміщення сировини в печі, яка може досягати температури щонайменше 2,200... ° C (4000°FЦе дуже енергоємний та тривалий процес.
Чотири дослідники з Університету штату Північна Кароліна, можливо, відкрили альтернативний метод виробництва високопродуктивної аерокосмічної кераміки за допомогою лазерів.
Вони опублікували свої висновки в журналі «Журнал Американського керамічного товариства».1, під назвою «Синтез карбіду гафнію (HfC) за допомогою одностадійного селективного лазерного піролізу з рідкого полімерного прекурсора".
Роль ультрависокотемпературних термопластичних ...
Чому традиційне керамічне виробництво не справляється
Надвисокотемпературна кераміка (UHTC) – це клас матеріалів, розроблених для роботи в екстремальних умовах завдяки своїй винятковій термостабільності, високим температурам плавлення (>3000°C), високій міцності та стійкості до окислення та теплового удару.
З цих матеріалів карбід гафнію (HfC) виділяється як один з найперспективніших кандидатів, з температурою плавлення >3900°C, а також високою твердістю, еластичністю та теплопровідністю.
На жаль, HfC досі було важко виробляти, і тому це було дуже дорого. Особливою проблемою було масове виробництво HfC постійної якості, через значні мікроструктурні невідповідності, що призводили до структурних дефектів.
Розглядаються нові методи, зокрема, кераміка на основі полімерів, отримана в печі (PDC), але вони призводять до низького виходу рідкого розчину в кераміку лише від 11% до 21%.
Окрім цих виробничих проблем, ці методи несумісні з адитивним виробництвом (3D-друком). Тому вони сумісні лише з простими формами, які можна виконати за допомогою прес-форм, такими як об'ємні, циліндричні або кубічні геометрії.
Як лазерне спікання трансформує виробництво кераміки
Багато методів 3D-друку вже використовують лазер для створення складних форм, які інакше неможливі за допомогою традиційних методів лиття та кування. Це радикально змінює спосіб виробництва турбін реактивних двигунів та ракетних двигунів.
Дослідники розглядали підхід з використанням методу селективного лазерного реакційного піролізу (SLRP).
Замість багатоетапних методів печного виробництва кераміки, це об'єднує в один етап перетворення полімеру на кераміку та піроліз.
Рідкий прекурсор можна нанести на поверхню конструкції, а потім спікати лазером.
Лазер, який використовувався в демонстрації, є відносно потужним для лазера (газовий лазер (CO120) потужністю 2 Вт), але також має дуже низьку енергію порівняно з традиційними печами, що використовуються для виробництва карбіду гафнію.
Тестування керамічних добавок для лазерної обробки
Також було протестовано дві добавки, щоб перевірити, чи можна зробити процес ще ефективнішим: дикумілпероксид (DCP), термічний активатор; та бензофенон (BZP), фотоактиватор.
DCP мав у кращому випадку мінімальний ефект, тоді як BZP значно зменшує відбиття енергії, посилюючи поглинання інфрачервоної енергії попередником.
Зображення, отримані за допомогою електронного мікроскопа, показали рівномірний розподіл сферичних та фасетованих зерен HfC за всіх температурних умов (1700°C, 1800°C та 2000°C). Більші скупчення зерен за вищих температур вказують на щільнішу кераміку.
«Це перший випадок, коли ми знаємо про те, як комусь вдалося створити HfC такої якості з рідкого полімерного прекурсора»
Лазерне спікання проти печі: що краще?
Окрім економії енергії, розроблений тут метод лазерного спікання є набагато ефективнішим. Спікання в печі забезпечує найкращий вихід зшитої рідини в кераміку приблизно від 20% до 40%, тоді як лазерне спікання досягає виходу приблизно від 50% до 55%.
Це також набагато швидше, оскільки печі потребують годин або навіть кількох днів, тоді як лазер виконує завдання за секунди або хвилини.
Пікова температура лазера також вища, що дозволяє створювати складніші геометрії, кращі покриття, тонкі плівки та працювати лише за один крок.
«Нарешті, наша техніка є відносно портативною. Так, її потрібно використовувати в інертному середовищі, але транспортувати вакуумну камеру та обладнання для адитивного виробництва набагато легше, ніж транспортувати потужну великомасштабну піч».
Нові застосування лазерно-спеченої кераміки
Досі HfC можна було наносити лише на ті основи, які могли витримувати надзвичайно високу температуру печі протягом тривалого періоду часу.
Лазерний процес, винайдений тут, набагато менш руйнівний, що створює набагато ширшу сферу можливих застосувань.
«Оскільки процес спікання не вимагає піддавання всієї конструкції впливу тепла печі, нова техніка є перспективною для нанесення надвисокотемпературних керамічних покриттів на матеріали, які можуть бути пошкоджені спіканням у печі».
Наприклад, лазерне спікання може бути використане для створення високоякісних покриттів HfC з вуглецевих композитів (C/C), армованих вуглецевим волокном:
«Покриття HfC на C/C-підкладках особливо корисні, оскільки, окрім гіперзвукового застосування, вуглець/вуглецеві структури використовуються в ракетних соплах, гальмівних дисках та аерокосмічних системах теплового захисту, таких як носові конуси та передні кромки крил».
Менший розмір та портативність системи також можуть мати довгостроковий вплив на технологічний потенціал. Наприклад, будь-яке виробництво аерокосмічних матеріалів на місці на місячній чи марсіанській базах вимагатиме відносно невеликого та легшого обладнання.
Інвестування в лазерні технології
II-VI Марлоу / Зв'язЛідер лазерних технологій
(COHR )
Coherent — це великий промисловий конгломерат із понад 26,000 XNUMX співробітників, лідер у галузі лазерних технологій. Він виник в результаті злиття компанії Marlow, що займається розробкою передових матеріалів II-VI, з виробником лазерів Coherent.
Компанія є експертом із передових матеріалів, що використовуються в лазерах, оптиці та фотоніці, таких як фосфід індію, епітаксійні пластини та арсенід галію.
Він зріс значною мірою завдяки численним придбанням протягом останнього десятиліття, з 600 мільйонів доларів доходу у 2013 році до 4.7 мільярда доларів у 2024 році.
Компанія отримує 29% своїх доходів безпосередньо від лазерів, а решта пов'язана з супутнім обладнанням, таким як оптичне волокно та електроніка. Категорія приладобудування здебільшого включає науки про життя та медичне застосування.
джерело: когерентний
Присутність компанії в передових матеріалах, таких як термофотовольтаїка (яка ми обговорювали в попередній статті), карбіду кремнію, лазерів і електроніки, що допомагає йому отримати вигоду від структурних тенденцій, таких як зростання точного виробництва, адитивного виробництва (3D-друк), електрифікації та відновлюваних джерел енергії.
Компанія має нещодавно відокремила свій бізнес з виробництва карбіду кремнію в нову компанію, 75% якої належить Coherent., а решта належить порівну її партнерам Mitsubishi Electric (що надає послуги з інтелектуальної власності на основі карбіду кремнію в галузі енергетики) та Denso (що надає послуги постачальника автомобільних продуктів для електрифікації та силових напівпровідників).
Це пов’язано з тим, що карбід кремнію стає дедалі власною технологією, яка в основному використовується у високопотужних додатках, таких як електромобілі, батареї та відновлювані джерела енергії.
Злагоджений – лідер в LIDAR і 3D-цифровому зондуванні, в тому числі для додатків з безпілотним керуванням, біотех Проточні клітини секвенування наступного покоління (NGS). та лазери для виробництва напівпровідниківОчікується, що її основні ринки зростуть на 8-20%.
джерело: когерентний
Інші потенційні нові застосування лазерів, як-от зброя прямого використання енергії, фотонні обчислення, ядерний синтез і космічні технології, можуть однаково допомогти підтримувати довгострокове зростання компанії.
Загалом, Coherent максимально близька до «чистої» публічної лазерної компанії для інвесторів, зацікавлених у цьому секторі, з сильною вертикальною інтеграцією та понад 3,100 патентами, що захищають її інновації.
Останні новини та події щодо акцій Coherent (COHR)
Посилання на дослідження
1. Халіні Раджпут, Каушік Нонавінакере Вінод, Тіеган Фанг, Чен'їн Сю. Синтез карбіду гафнію (HfC) за допомогою одностадійного селективного лазерного піролізу з рідкого полімерного прекурсора. Журнал Американського керамічного товариства.травня 14 рокуhttps://doi.org/10.1111/jace.20650
