Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Laser cho phép các kỹ sư hàn gốm, không cần lò (05/09/2019)

Nhờ có công nghệ hàn gốm mới do các kỹ sư tại trường Đại học California San Diego và Đại học California Riverside phát triển, điện thoại thông minh sẽ không bị trầy xước hoặc vỡ, máy tạo nhịp tim không có kim loại và các thiết bị điện tử sẽ được dùng cho không gian và các môi trường khắc nghiệt khác.

Thiết bị laser được sử dụng để kiểm tra và đo độ trong suốt của vật liệu gốm

Công nghệ này sử dụng tia laser siêu nhanh để làm nóng chảy vật liệu gốm dọc theo giao diện và hợp nhất chúng lại với nhau. Nó hoạt động trong điều kiện môi trường xung quanh và sử dụng laser công suất gần 50W, làm cho nó thực tế hơn các phương pháp hàn gốm hiện nay, đòi hỏi phải nung nóng các bộ phận trong lò. Gốm về cơ bản khó hàn lại với nhau vì chúng cần nhiệt độ rất cao để nóng chảy, khiến chúng tiếp xúc với gradient nhiệt độ cực cao gây nứt vỡ.

Vật liệu gốm rất được quan tâm vì chúng tương thích sinh học, rất cứng và chống vỡ, nên lý tưởng cho các mô cấy sinh học và vỏ bảo vệ cho các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, các quy trình hàn gốm hiện tại không có lợi cho việc chế tạo các thiết bị đó.

"Bây giờ không có cách nào để bọc hoặc niêm phong các linh kiện điện tử bên trong gốm sứ vì sẽ phải đặt toàn bộ khối lắp ráp vào lò nung, cuối cùng sẽ đốt cháy các thiết bị điện tử", Javier E. Garay nói.

Nhóm nghiên cứu đã đưa ra giải pháp nhằm vào rất nhiều xung laser ngắn dọc theo giao diện giữa hai phần gốm để nhiệt chỉ tích tụ tại giao diện và gây ra hiện tượng nóng chảy cục bộ. Nhóm nghiên cứu gọi phương pháp này là hàn laser xung cực nhanh.

Để làm cho nó hoạt động, các nhà nghiên cứu đã phải tối ưu hóa hai khía cạnh: các thông số laser (thời gian tiếp xúc, số lượng xung laser và thời gian của xung) và độ trong suốt của vật liệu gốm. Với sự kết hợp phù hợp, năng lượng laser kết hợp mạnh với gốm, cho phép thực hiện các mối hàn bằng cách sử dụng công suất laser thấp (dưới 50W) ở nhiệt độ phòng.

Để chứng minh, các nhà nghiên cứu đã hàn một nắp hình trụ trong suốt vào bên trong ống gốm. Các thử nghiệm cho thấy các mối hàn đủ mạnh để giữ chân không. Công nghệ cho đến nay chỉ được sử dụng để hàn các bộ phận gốm nhỏ có kích thước chưa đến 2cm. Các kế hoạch trong tương lai sẽ liên quan đến việc tối ưu hóa sử dụng phương pháp này trên quy mô lớn, cũng như cho các loại vật liệu và hình dạng khác.

Nguồn: N.P.D (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 03/9/2019