محققان آزمایشگاه HRL در کالیفرنیا مدعی هستند که سرامیک قوی و بدون نقص در اشکال مختلف از جمله فنری و لانه‌زنبوری را می‌توان با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی تولید کرد.

به گزارش سرویس علمی ایسنا، این مواد جدید می‌تواند در هواپیماهای فراصوت و دستگاه‌های میکروسکوپی مورد استفاده قرار بگیرد.

سرامیک از ویژگی‌های مفید بسیاری مانند نیروی بالا، سختی بالا و مقاومت در برابر خوردگی، سایش و گرمای شدید برخوردار است. اما یک کاستی باعث محدود شدن کاربردهای خاص سرامیک شده و آن، به این دلیل است که سرامیک‌ها نمی‌توانند به سادگی به اشکال مختلف دربیایند. برخلاف فلزات و پلاستیک‌ها، سرامیک را نمی‌توان درون قالب ریخت یا آن را به شکل مطلوب برش زد.

یک استراتژی بالقوه برای ساخت سرامیک‌هایی که اشکال پیچیده دارند، استفاده از چاپگر سه‌بعدی است. یک چاپگر سه‌بعدی معمولا با انباشتن لایه‌های ماده روی یکدیگر کار می‌کند، مانند چاپگرهای عادی که جوهر را روی هم قرار می‌دهند با این تفاوت که چاپگرهای سه‌بعدی می‌توانند لایه‌های مسطح را نیز روی یکدیگر برای ساخت اجسام سه‌بعدی بچینند. این دستگاه سپس می‌تواند جسم چاپی را با نور فرابنفش خشک کند.

با این حال به دلیل حرارت بالایی که سرامیک برای ذوب شدن نیاز دارد، چاپگرهای سه‌بعدی نمی‌توانند ذرات آن را با حرارت به هم متصل کنند. چند روش چاپ سه‌بعدی که توسط محققان برای کار با سرامیک توسعه یافته، بسیار کند هستند و ذرات سرامیک نمی‌توانند بدون ایجاد تخلخل که باعث شکننده‌تر شدن سرامیک می‌شود، با هم ترکیب شوند.

اکنون محققان روش جدیدی را توسعه داده‌اند که با استفاده از یک رزین خاص بجای پودر، سرامیک را چاپ سه‌بعدی می‌کند و نتیجه آن یک سرامیک قوی و بی‌نقص با اشکال پیچیده است.

آن‌ها با خمره‌ای از رزین کار خود را آغاز کردند که شامل سیلیکون، کربن و اکسیژن بود. این محققان پرتوهای نور فرابنفش را به رزین تابانده و بخشهایی را که نور از میان آن عبور می‌کرد را سفت کردند.

طی 30 تا 60 ثانیه، یک جسم با ضخامت 1.27 تا 2.45 سانتیمتر با این روش به شکل شبکه‌ای یا لانه‌زنبوری شکل می‌گیرد. محققان سپس این اجسام را برای تبدیل ماده به سرامیک سیلیکون اکسی‌کاربید حرارت می‌دهند.

این روش جدید 100 تا 1000 برابر سریع‌تر از شیوه‌های قدیمی چاپ سه‌بعدی سرامیک است. علاوه بر آن، اسکن میکروسکوپ الکترونی از محصول نهایی هیچ نوع تخلخل یا شکاف سطحی را در سرامیک نشان نداد. در حقیقت این ماده سیلیکون‌ اکسی‌کاربید 10 برابر قویتر از فوم‌های سرامیکی تجاری موجود است.

این سرامیک جدیدی دارای کاربردهای زیادی از اجزای بزرگ موتورهای جت و خودروهای فراصوت گرفته تا بخشهای حساس در سیستم‌های میکروالکترومکانیکی مانند نانوحسگرها است.

جزئیات این دستاورد در مجله ساینس منتشر شده است.

محققان یکی از شرکت‌های دانش‌بنیان مستقر در شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان موفق به تولید فیلترهای سرامیکی شدند.

به گزارش سرویس علمی ایسنا، دکتر مهدی کشمیری، رییس شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان با اعلام این خبر گفت: ماده پیشرفته، به عبارت ساده به ماده‌ای اطلاق می‌شود که طی فرایند ساخت، امکان تغییر و تنظیم خواص فیزیکی و شیمیایی آن جهت کاربرد مورد نظر وجود داشته باشد.

وی افزود: فیلترهای سرامیکی ماکرو متخلخل که از آن‌ها به غشاهای سرامیکی نیز یاد می‌شود، دسته‌ای از مواد پیشرفته مهندسی بوده که علاوه بر پایداری حرارتی و شیمیایی بالا، دارای تخلخل باز و بهم پیوسته در مقیاس میکرونی بوده و از این لحاظ مناسب انواع کاربردهای انتقال سیالات هستند.

مسعود پروانیان، مدیرعامل شرکت دانش‌بنیان مستقر در شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان در خصوص این فناوری توضیح داد: فناوری ساخت این محصول همگام با فناوری روز اروپا بوده و بر همین اساس ایران نیز در زمره معدود کشورهای تولیدکننده این محصول قرار می‌گیرد.

وی افزود: هم‌اکنون این محصول در سه گرید آلومینا (کدمحصول: CFAL_۸۰)، آلومینا سیلیکاتی (کدمحصول: CFAS-۸۰) و سیلیکن کاربایدی (CFSC_۸۰) با خواص مختلف تولید می‌­شود.

وی ادامه داد: این محصولات به دلیل پایداری حرارتی و شیمیایی بالا و نیز ماهیت تخلخل باز در تمام کاربردهای انتقال سیالات اعم از فرایندهای فیلتراسیون مذاب فلزات، تصفیه بخارات اسیدی، پالایش آلاینده­‌های سیالات صنعتی، پایه کاتالیست، سد شعله­‌های نیروگاهی، کاشتنی­‌های بدن و غیره مورد استفاده قرار می­‌گیرند.

پروانیان با بیان اینکه این محصولات بسته به نوع رده در محدوده دمایی ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد و در هر شرایط شیمیایی اعم از اسیدی و بازی قابل کاربرد هستند، گفت: از خواص بارز قابل تغییر در این محصولات می‌توان به درصد تخلخل، اندازه حفرات و در نهایت به سطح ویژه این محصولات اشاره کرد که این موارد در حین فرایند تولید قابل تنظیم است.

وی خاطرنشان کرد: استفاده از این محصول به عنوان فیلتر مذاب در ریخته‌گری قطعات ریختگی، پاکسازی و تصفیه ذوب از آخال‌ها و ذرات اکسیدی و نیز شکست جریان متلاطم و تبدیل آن به جریان آرام و در نتیجه عدم ماسه‌شویی در حین پر شدن قالب را به همراه دارد.

پروانیان تصریح کرد: پایداری شیمیایی بالای این محصول خاصیت ممتازی را برای تمام کاربردهای در معرض با انواع مواد خورنده و ساینده حتی در دماهای بالا فراهم می‌آورد.

محققان دانشگاه تبریز با به کارگیری نانوذرات گرافیت، موفق به ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی سرامیک‌های دما بالا شدند. سرامیک‌های ساخته شده، ساختار متراکم و غیرمتخلخل داشته و از چقرمگی شکست بالایی برخوردارند. در صورت دستیابی به تولید انبوه، کاربرد این کامپوزیت‌ها در صنعت هوافضا، صنایع ریخته‌گری و جوشکاری است.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، دی‌بورید زیرکونیم (ZrB2)، در میان کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی دما بالا، گزینه‌ مناسب و مورد توجهی است. این مواد در سیستم‌های حفاظت حرارتی برای کاربردهای هوا فضا، هواپیماهای مافوق صوت، اجزای موشک یا سایر کاربردهای صنعتی همانند الکترود قوس پلاسما و اجزای کوره استفاده می‌شود.

دکتر مهدی شاهدی اصل، در خصوص دلیل انجام این تحقیق عنوان کرد: «ساخت دی‌بورید زیرکونیم به عنوان عضوی از خانواده سرامیک‌های دما بالا با مشکلات عمده‌ای همراه است. از جمله‌ می‌توان به دشواری دستیابی به چگالی کامل (ساختار غیر متخلخل) و چقرمگی شکست بالا (توانایی جذب انرژی که شکسته شدن و انهدام ماده را به تأخیر می‌اندازد) اشاره نمود. در این طرح برای بهبود ویژگی‌های مذکور در کامپوزیت‌های دی‌بورید زیرکونیم-کاربید سیلیسیم از افزودنی نانوگرافیت استفاده شده است.»

طبق نتایج بررسی‌ها، استفاده از این نانوافزودنی موجب افزایش چگالی نسبی تا نزدیکی 100 درصد می‌شود و تقریباً همه تخلخل‌های نمونه از بین می‌روند. بهبود حدود 300 درصدی در چقرمگی شکست نمونه‌ی تقویت شده با نانو گرافیت نسبت به نمونه‌ سرامیکی فاقد افزودنی از دیگر دستاوردهای این پژوهش بوده است.

به گفته‌ این محقق، یکی از راهکارهای پیشنهادی برای دستیابی به کامپوزیت‌های با ساختار بهینه، بهره‌گیری از فرآیندهایی است که هم‌زمان از دمای بسیار بالا و اعمال فشار بیرونی برای فشرده‌سازی مخلوط پودر استفاده می‌کنند. در این پژوهش برای ساخت نمونه‌ها از فرآیند پرس گرم استفاده شده است.

نکته‌ حائز اهمیت این است که با استفاده از افزودنی نانوگرافیت، به دمای کمتری برای چگالش کامپوزیت نیاز است که صرفه‌جویی در مصرف انرژی را به دنبال دارد. بهبود ویژگی‌های مکانیکی نیز به افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان قطعه می‌انجامد.

شاهدی اصل در خصوص نحوه‌ تأثیرگذاری نانوذرات گرافیت بر بهبود خواص نمونه‌ها گفت: «پذیرش پایین تف‌جوشی توسط دی‌بورید زیرکونیم، مانع اصلی تولید قطعات فشرده بدون تخلخل است. با افزودن نانو گرافیت، نانوذرات با ناخالصی‌های اکسیدی سطح ذرات پودر واکنش می‌دهد و امکان اتصال هر چه بهتر ذرات پودر به یکدیگر را فراهم می‌سازد. همچنین چقرمگی شکست پایین این سرامیک، با حضور نانو گرافیت به عنوان فاز تقویت کننده، برطرف خواهد شد.»

در بررسی نمونه‌ها از بعد ریزساختاری و فازی، از روش‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس استفاده شده است. چگالی نمونه‌ پرس گرم شده نیز به روش ارشمیدس و چگالی نظری با استفاده از قانون مخلوط‌ها محاسبه شد. همچنین چقرمگی شکست نمونه‌ها به روش اندازه‌گیری مستقیم طول ترک ایجاد شده با فرو رونده ویکرز برآورده شده است.

این تحقیقات حاصل همکاری دکتر مهدی شاهدی اصل- استاد مدعو دانشگاه تبریز- و دکتر مهدی قاسمی کاکرودی- عضو هیأت علمی این دانشگاه- است که نتایج آن در مجله‌ Ceramics International (جلد 41، شماره 4، سال 2015، صفحات 5843 تا 5851) به چاپ رسیده است.