摘要：研究人员展示了一种新技术，该技术使用激光来创建可以承受超高温度的陶瓷，其应用从核电技术到航天器和喷气排气系统。该技术可用于创建陶瓷涂料，瓷砖或复杂的三维结构，从而在设计新设备和技术时可以提高多功能性。...

研究人员展示了一种新技术，该技术使用激光来创建可以承受超高温度的陶瓷，其应用从核电技术到航天器和喷气排气系统。该技术可用于创建陶瓷涂料，瓷砖或复杂的三维结构，从而在设计新设备和技术时可以提高多功能性。

“烧结是将原材料（无论是粉末还是液体）转化为陶瓷材料的过程，”这项研究论文的共同作者，北卡罗来纳州立大学的机械和航空航天工程学教授。 “对于这项工作，我们专注于一种称为Hafnium Carbide（HFC）的超高温度陶瓷。传统上，烧结的HFC要求将原材料放入炉子中，该炉子可以达到至少2200摄氏度的温度 - 这是一个时间耗时和能量密集型的过程。

“我们的技术更快，更容易，需要更少的能量。”

新技术通过在惰性环境中的液体聚合物前体的表面（例如真空室或装满氩气的腔室）施加120瓦激光来起作用。激光烧结液体，将其变成固体陶瓷。这可以通过两种不同的方式使用。

首先，可以将液体前体作为涂层应用于基础结构，例如在高超音速技术中使用的碳复合材料，例如和太空勘探车。可以将前体应用于结构的表面，然后用激光烧结。

Xu说：“由于烧结过程不需要将整个结构暴露于炉子的热量中，因此新技术有望让我们将超高温度的陶瓷涂料涂在炉子中可能会损坏的材料上。”

工程师使用新的烧结技术的第二种方法涉及增材制造，也称为3D打印。具体而言，激光烧结方法可以与类似于立体光刻的技术结合使用。

在此技术中，将激光安装在位于液体前体浴中的桌子上。为了创建三维结构，研究人员创建了结构的数字设计，然后将结构“切成”分层。首先，激光绘制了聚合物中结构第一层的轮廓，将轮廓填充在图片中的颜色中。当激光“填充”该区域时，热能将液体聚合物转化为陶瓷。然后，桌子将其降低到聚合物浴中，然后在顶部扫过刀片以均匀地表面。然后，激光烧结了结构的第二层，并且此过程重复自我，直到您拥有由烧结的陶瓷制成的成品为止。

“实际上说激光是有点过分简化仅有的徐说：“烧结液体前体。更准确地说激光首先将液体聚合物转换为固体聚合物，然后将固体聚合物转换为陶瓷。但是，所有这些都很快发生 - 这本质上是一个步骤。”

在概念验证测试中，研究人员表明，激光烧结技术从液体聚合物前体产生了结晶，相纯的HFC。

徐说：“这是我们第一次知道有人能够从液体聚合物前体创建这种质量的HFC。” “顾名思义，对技术必须承受极端温度（例如核能产生）的广泛应用，并且超高温度陶瓷非常有用。”

研究人员还证明，激光烧结可用于制造高质量的HFC涂层碳纤维增强碳复合材料（C/C）。基本上，陶瓷涂层粘合到基础结构，没有剥离。

Xu说：“ C/C底物上的HFC涂层表现出强烈的粘附，均匀的覆盖范围以及用作耐热层和耐氧化层的潜力。” “这特别有用，因为除了高超音速应用外，碳/碳结构还用于火箭喷嘴，制动盘和航空航天热保护系统，例如鼻锥和机翼前缘。”

新的激光烧结技术在几种方面也比常规烧结要高得多。

徐说：“我们的技术使我们能够在几秒钟或几分钟内创建超高的温度陶瓷结构和涂料，而传统技术则需要数小时或几天。” “而且，由于激光烧结的速度更快且高度局部化，因此它使用的能量明显较少。此外，我们的方法会产生较高的产量。具体来说，激光烧结将至少50％的前体质量转化为陶瓷。常规方法通常仅转换为前体的20-40％。

徐说：“最后，我们的技术相对便携。” “是的，必须在惰性环境中完成，但是运输真空室和添加剂制造设备要比运输强大的大型炉子容易得多。

Xu说：“我们对陶瓷的进步感到兴奋，并愿意与公共和私人合作伙伴合作，将这项技术用于实用应用中。”

该论文是“碳化物碳化物（HFC）通过一步选择性激光反应反应热解的合成，从液体聚合物前体中发表了”，发表在美国陶瓷学会杂志。该论文的共同对应作者是北卡罗来纳州机械和航空工程教授塔冈方。该论文的第一作者是北卡罗来纳州的博士后研究员Shalini Rajpoot。该论文由Kaushik Nonavinakere Vinod合着，博士学位。北卡罗来纳州的学生。

这项研究是在北卡罗来纳大学夏洛特大学的高级陶瓷添加剂制造中心的支持下进行的。