গবেষকরা একটি নতুন প্রযুক্তি প্রদর্শন করেছেন যা লেজার ব্যবহার করে সিরামিক তৈরি করতে পারে যা অতি-উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে, পারমাণবিক শক্তি প্রযুক্তি থেকে শুরু করে মহাকাশযান এবং জেট নিষ্কাশন সিস্টেম পর্যন্ত অ্যাপ্লিকেশন সহ। প্রযুক্তিটি সিরামিক আবরণ, টাইলস বা জটিল ত্রিমাত্রিক কাঠামো তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা নতুন ডিভাইস এবং প্রযুক্তি প্রকৌশলী করার সময় বহুমুখিতা বৃদ্ধির অনুমতি দেয়।
"সিন্টারিং হল এমন একটি প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে কাঁচামাল - হয় পাউডার বা তরল - একটি সিরামিক উপাদানে রূপান্তরিত হয়," বলেছেন শেরিল জু, এই গবেষণার একটি গবেষণাপত্রের সহ-লেখক এবং নর্থ ক্যারোলিনা স্টেট ইউনিভার্সিটির মেকানিক্যাল এবং অ্যারোস্পেস ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের একজন অধ্যাপক৷ "এই কাজের জন্য, আমরা হাফনিয়াম কার্বাইড (HfC) নামক একটি অতি-উচ্চ তাপমাত্রার সিরামিকের উপর ফোকাস করেছি৷ ঐতিহ্যগতভাবে, HfC সিন্টার করার জন্য কাঁচামালগুলিকে একটি চুল্লিতে রাখতে হয় যা কমপক্ষে 2,200 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় পৌঁছতে পারে – একটি প্রক্রিয়া যা সময় এবং শক্তির পরিমাণ-।
"আমাদের কৌশলটি দ্রুত, সহজ এবং কম শক্তির প্রয়োজন।"
নতুন কৌশলটি একটি 120-ওয়াট লেজার প্রয়োগ করে একটি জড় পরিবেশে একটি তরল পলিমার অগ্রদূতের পৃষ্ঠে প্রয়োগ করে কাজ করে, যেমন একটি ভ্যাকুয়াম চেম্বার বা আর্গন দিয়ে ভরা একটি চেম্বার। লেজারটি তরলকে সিন্টার করে, এটি একটি কঠিন সিরামিকে পরিণত করে। এটি দুটি ভিন্ন উপায়ে ব্যবহার করা যেতে পারে।
প্রথম,তরল অগ্রদূত একটি অন্তর্নিহিত কাঠামোতে আবরণ হিসাবে প্রয়োগ করা যেতে পারে, যেমন ক্ষেপণাস্ত্র এবং মহাকাশ অনুসন্ধান যানের মতো হাইপারসনিক প্রযুক্তিতে ব্যবহৃত কার্বন কম্পোজিট। অগ্রদূতটি কাঠামোর পৃষ্ঠে প্রয়োগ করা যেতে পারে এবং তারপরে লেজার দিয়ে সিন্টার করা যেতে পারে।
"কারণ সিন্টারিং প্রক্রিয়ার জন্য চুল্লির উত্তাপে পুরো কাঠামোকে উন্মুক্ত করার প্রয়োজন হয় না, নতুন কৌশলটি আমাদেরকে চুল্লিতে সিন্টারিং করার ফলে ক্ষতিগ্রস্থ হতে পারে এমন উপাদানগুলিতে অতি-উচ্চ তাপমাত্রার সিরামিক আবরণ প্রয়োগ করার অনুমতি দেওয়ার প্রতিশ্রুতি রাখে।"
দ্বিতীয়টিপ্রকৌশলীরা যেভাবে নতুন সিন্টারিং কৌশল ব্যবহার করতে পারেন তার মধ্যে যোগ করা হয়, যা 3D প্রিন্টিং নামেও পরিচিত। বিশেষত, লেজার সিন্টারিং পদ্ধতিটি স্টেরিওলিথোগ্রাফির অনুরূপ একটি কৌশলের সাথে একত্রে ব্যবহার করা যেতে পারে।
এই কৌশলে, একটি লেজার একটি টেবিলের উপর মাউন্ট করা হয় যা তরল অগ্রদূতের স্নানে বসে থাকে। একটি ত্রিমাত্রিক কাঠামো তৈরি করতে, গবেষকরা কাঠামোর একটি ডিজিটাল নকশা তৈরি করেন এবং তারপরে সেই কাঠামোটিকে স্তরে ভাগ করেন৷ শুরু করার জন্য, লেজারটি পলিমারে কাঠামোর প্রথম স্তরের প্রোফাইল আঁকে, প্রোফাইলটিকে এমনভাবে পূরণ করে যেন ছবি রঙ করা হয়। লেজার এই এলাকায় "ভরাট" করার সাথে সাথে তাপ শক্তি তরল পলিমারকে সিরামিকে রূপান্তর করে। তারপর টেবিলটি পলিমার স্নানের মধ্যে আরও কিছুটা নিচে নেমে আসে এবং একটি ব্লেড উপরের দিকে ঝাড়ু দিয়ে পৃষ্ঠের বাইরে চলে যায়। লেজার তারপর কাঠামোর দ্বিতীয় স্তরটি সিন্টার করে, এবং এই প্রক্রিয়াটি পুনরাবৃত্তি হয় যতক্ষণ না আপনার কাছে সিন্টারযুক্ত সিরামিক দিয়ে তৈরি একটি সমাপ্ত পণ্য না থাকে।
"এটি আসলে একটি অতি সরলীকরণের একটি বিট বলা যে লেজার হয়শুধুমাত্রতরল অগ্রদূতকে সিন্টারিং করা," জু বলেছেন৷ "এটা বলা আরও সঠিক যে লেজার প্রথমে তরল পলিমারকে একটি কঠিন পলিমারে রূপান্তর করে এবং তারপরে কঠিন পলিমারকে সিরামিকে রূপান্তর করে৷ যাইহোক, এই সব খুব দ্রুত ঘটে – এটি মূলত একটি-পদক্ষেপ প্রক্রিয়া।"
ধারণা পরীক্ষার--প্রমাণে, গবেষকরা দেখিয়েছেন যে লেজার সিন্টারিং কৌশলটি একটি তরল পলিমার পূর্বসূরি থেকে স্ফটিক, ফেজ-বিশুদ্ধ HfC তৈরি করেছে৷
"এই প্রথম আমরা জানলাম যে কেউ একটি তরল পলিমার পূর্বসূর থেকে এই মানের HfC তৈরি করতে সক্ষম হয়েছিল," জু বলেছেন। "এবং অতি-উচ্চ তাপমাত্রার সিরামিকস, নাম অনুসারে, বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযোগী যেখানে প্রযুক্তিগুলিকে অবশ্যই পারমাণবিক শক্তি উৎপাদনের মতো চরম তাপমাত্রা সহ্য করতে হবে।"
গবেষকরা আরও দেখিয়েছেন যে লেজার সিন্টারিং কার্বন-ফাইবার রিইনফোর্সড কার্বন কম্পোজিট (C/C) এর উচ্চ মানের HfC আবরণ তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। মূলত, সিরামিক আবরণ অন্তর্নিহিত কাঠামোর সাথে আবদ্ধ ছিল এবং খোসা ছাড়েনি।
"C/C সাবস্ট্রেটের HfC আবরণগুলি শক্তিশালী আনুগত্য, অভিন্ন কভারেজ এবং তাপ সুরক্ষা এবং একটি অক্সিডেশন প্রতিরোধী স্তর হিসাবে ব্যবহারের সম্ভাব্যতা প্রদর্শন করেছে," জু বলেছেন। "এটি বিশেষভাবে কার্যকর কারণ, হাইপারসনিক অ্যাপ্লিকেশন ছাড়াও, কার্বন/কার্বন কাঠামো রকেটের অগ্রভাগ, ব্রেক ডিস্ক এবং মহাকাশ তাপ সুরক্ষা ব্যবস্থা যেমন নাকের শঙ্কু এবং ডানার অগ্রবর্তী প্রান্তগুলিতে ব্যবহৃত হয়।"
নতুন লেজার সিন্টারিং কৌশলটি বিভিন্ন উপায়ে প্রচলিত সিনটারিংয়ের চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি দক্ষ।
"আমাদের কৌশল আমাদেরকে অতি-উচ্চ তাপমাত্রার সিরামিক স্ট্রাকচার এবং সেকেন্ড বা মিনিটে আবরণ তৈরি করতে দেয়, যেখানে প্রচলিত কৌশলগুলি ঘন্টা বা দিন সময় নেয়," জু বলেছেন৷ "এবং যেহেতু লেজার সিন্টারিং দ্রুত এবং উচ্চ স্থানীয়করণ করা হয়, এটি উল্লেখযোগ্যভাবে কম শক্তি ব্যবহার করে। আরও কি, আমাদের পদ্ধতি একটি উচ্চ ফলন তৈরি করে। বিশেষত, লেজার সিন্টারিং পূর্ববর্তী ভরের কমপক্ষে 50% সিরামিকে রূপান্তরিত করে। প্রচলিত পদ্ধতিগুলি সাধারণত শুধুমাত্র 20-40% পূর্ববর্তীকে রূপান্তর করে।
"শেষ পর্যন্ত, আমাদের কৌশল তুলনামূলকভাবে বহনযোগ্য," জু বলেছেন। "হ্যাঁ, এটি একটি নিষ্ক্রিয় পরিবেশে করতে হবে, কিন্তু একটি শক্তিশালী, বড় আকারের চুল্লি পরিবহনের চেয়ে একটি ভ্যাকুয়াম চেম্বার এবং সংযোজক উত্পাদন সরঞ্জাম পরিবহন করা অনেক সহজ৷
"আমরা সিরামিকের এই অগ্রগতি সম্পর্কে উত্তেজিত এবং ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহারের জন্য এই প্রযুক্তিটি রূপান্তর করার জন্য সরকারী এবং বেসরকারী অংশীদারদের সাথে কাজ করার জন্য উন্মুক্ত," জু বলেছেন৷
গবেষণাপত্র, "তরল পলিমার প্রিকারসার থেকে এক-পদক্ষেপ নির্বাচনী লেজার প্রতিক্রিয়া পাইরোলাইসিসের মাধ্যমে হাফনিয়াম কার্বাইডের (HfC) সংশ্লেষণ," প্রকাশিত হয়েছেআমেরিকান সিরামিক সোসাইটির জার্নাল. সহ কাগজটির সহ-প্রথম লেখক হলেন শালিনী রাজপুত, NC রাজ্যের একজন পোস্টডক্টরাল গবেষক এবং কৌশিক ননভিনাকেরে বিনোদ, একজন পিএইচডি। NC রাজ্যের ছাত্র।
গবেষণাটি অ্যাডভান্সড সিরামিকসের সংযোজন উত্পাদন কেন্দ্রের সহায়তায় করা হয়েছিল, যা শার্লটের উত্তর ক্যারোলিনা বিশ্ববিদ্যালয়ে অবস্থিত।
