تولید سرامیک‌های هوشمند که تحت فشار خم می‌شوند

01

از 02

قابلیت‌های کامپوزیت هوشمند

سرامیک‌های حافظه‌دار همواره مورد توجه دانشمندان بوده‌اند، زیرا توانایی تغییر ساختار داخلی خود در پاسخ به فشار یا حرارت و بازگشت به شکل اولیه را دارند. این مواد بدون نیاز به اجزای مکانیکی متحرک، مشابه آلیاژهای نیکل-تیتانیوم به‌کار رفته در دستگاه‌های پزشکی قادرند انرژی را جذب یا حرکت کنند. با این حال، تا پیش از این، عملکرد سرامیک‌های حافظه‌دار محدود به مقیاس میکروسکوپی بود و تولید آن‌ها در حجم انبوه معمولا به شکست منجر می‌شد. برای غلبه بر این محدودیت، تیم پژوهشی ذرات ریز سرامیک حافظه‌دار را در ماتریس فلزی تعبیه کرد.

برای مطالعه بیشتر: بهبود ۷۲ درصدی خنک‌کنندگی با افزودن پودر سرامیکی به خمیر حرارتی فلز مایع

فرآیند مورد استفاده آن‌ها، «رسوب اصطکاکی افزودنی» (AFSC) است که با چرخش مواد تحت فشار شدید و در دمایی پایین‌تر از نقطه ذوب، آن‌ها را به هم می‌آمیزد. این روش منجر به تولید یک کامپوزیت هوشمند قوی و عاری از نقص شد که در آن سرامیک‌ها می‌توانند در مواجهه با فشار تغییر فاز دهند و انرژی را پراکنده کنند.

برخلاف سرامیک‌های شکننده معمولی، این ماده قابلیت چاپ سه‌بعدی در حجم بالا با چگالی کامل را داراست. به گفته تیم تحقیق، این نوآوری در زمینه‌های دفاعی، زیرساخت‌ها، هوافضا و حتی تجهیزات ورزشی پیشرفته کاربرد بالقوه دارد. یو تاکید کرد که کامپوزیت توسعه‌یافته قادر است تحت کشش، خمش و فشردگی انرژی را جذب کند و از طریق تبدیل مارتنزیتی ناشی از تنش، عملکرد چندکاره‌ای ارائه دهد. او افزود: «این ویژگی ما را قادر می‌سازد تا به سمت تولید قطعات بزرگ با قابلیت کاربرد واقعی حرکت کنیم.»

بیشتر بخوانید: چین از پمپ حرارتی جدیدی بدون قطعات متحرک رونمایی کرد

02

از 02

از آزمایشگاه تا بازار

یو در یک بیانیه مطبوعاتی تاکید کرد: «برای نخستین بار، این تحقیق امکان تولید کامپوزیت هوشمند فلز-سرامیک حافظه‌دار در حجم صنعتی را از طریق فرآیند چاپ سه‌بعدی حالت جامد و مقیاس‌پذیر فراهم کرده است.» تیم پژوهشی معتقد است این پیشرفت می‌تواند در طیف وسیعی از حوزه‌ها از جمله کاهش ارتعاش و جذب ضربه در سیستم‌های دفاعی، هوافضا، زیرساخت‌ها و تجهیزات ورزشی پیشرفته. کاربرد داشته باشد.

به‌طور نمونه، فلزی که ذرات سرامیک در آن تعبیه شده، می‌تواند در محور چوب گلف برای کاهش ارتعاش و حفظ سبکی وزن استفاده شود. ارب توضیح داد: «با این کامپوزیت، عملکرد جدیدی به فلزی که پیش‌تر برای کاربرد مشخصی طراحی شده بود، اضافه می‌کنید.»

این پژوهش همچنین قدرت دانشگاه ویرجینیا تک در حوزه تولیدات پیشرفته را برجسته می‌کند. یو با حمایت بنیاد ملی علوم و آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش آمریکا، به بررسی کاربردهای فرآیند رسوب اصطکاکی افزودنی پرداخته است.

یو در پایان گفت: «این کامپوزیت بسیار جذاب است و ویژگی حافظه‌شکل سرامیک‌ها موضوعی است که از دوران پسادکترای خود روی آن کار می‌کنم. اکنون می‌توانم این دو حوزه علاقه را ترکیب کرده و کاربردهای کلیدی جدیدی خلق کنم؛ موضوعی که بسیار هیجان‌انگیز است.»
نتایج این مطالعه در مجله Materials Science and Engineering: R: Reports به چاپ رسیده است.