I ricercatori del Maryland sviluppano la sinterizzazione ultraveloce per la ceramica

Indipendentemente dalla rapidità con cui una stampante 3D può produrre una parte verde in ceramica, c’è sempre la questione della sinterizzazione del componente, che può richiedere diverse ore. Adesso, tuttavia, un team del Dipartimento di Scienza e ingegneria dei materiali dell’Università del Maryland (UMD) ha escogitato un approccio innovativo per accelerare il processo di sinterizzazione, che potrebbe ridurre sostanzialmente i tassi di produzione di ceramica AM.

Il processo di sinterizzazione esiste da migliaia di anni ed è parte integrante della produzione di ceramiche, in quanto trasforma le parti verdi in prodotti finali densi e resistenti. La sinterizzazione convenzionale, tuttavia, comporta una certo impegno: la sinterizzazione di una parte può richiedere ore. Come sottolineato dal team di ricerca, anche il riscaldamento di una fornace può richiedere tempo, così come la fase di cottura. Questa durata ha posto delle sfide per alcune applicazioni ceramiche, inclusa la produzione di batterie a stato solido. Altri metodi di sinterizzazione più avanzati, come la sinterizzazione assistita da microonde, la sinterizzazione al plasma a scintilla e la sinterizzazione flash, sono proibitivi in ​​termini di costi o sono compatibili solo con materiali specifici.

Considerando questi ostacoli, il team di UMD ha iniziato a sviluppare un nuovo metodo di sinterizzazione che potrebbe accelerare la post-lavorazione della ceramica e facilitare la manifattura additiva ceramica e altri tipi di produzione. Il processo è una tecnica di sinterizzazione ultraveloce ad alta temperatura in grado di sinterizzare parti in ceramica oltre 1.000 volte più rapidamente della tradizionale sinterizzazione in forno. Il processo è in grado di raggiungere riscaldamento elevato e rapide velocità di raffreddamento, buona distribuzione della temperatura e può raggiungere temperature fino a 3000 gradi Celsius. Il team di ricerca afferma che la tecnologia può sinterizzare le parti in ceramica in meno di 10 secondi.

Liangbing Hu, responsabile della ricerca e Herbert Rabin, illustre professore della scuola di ingegneria A. James Clark e direttore del Center for Materials Innovation, ha spiegato: “Con questa invenzione, abbiamo” inserito “un pellet verde pressato di polveri ceramiche precursori tra due strisce di carbonio che hanno rapidamente riscaldato il pellet attraverso radiazioni e conduzione, creando un ambiente ad alta temperatura coerente che ha costretto la polvere ceramica a solidificarsi rapidamente. La temperatura è abbastanza alta per sinterizzare praticamente qualsiasi materiale ceramico. Questo processo brevettato può essere esteso ad altre membrane oltre alla ceramica”.

L’approccio di sinterizzazione sarà commercializzato attraverso una società spin-off UMD chiamata HighT-Tech LLC. Il processo non solo può accelerare notevolmente la produzione di ceramiche, ma può anche aiutare a guidare i progressi nella scoperta di materiali guidati dall’intelligenza artificiale.

“La sinterizzazione ultraveloce ad alta temperatura rappresenta una svolta nelle tecnologie di sinterizzazione ultraveloce, non solo per la sua generale applicabilità a una vasta gamma di materiali funzionali, ma anche per un grande potenziale di creazione di materiali sfusi non in equilibrio mediante il mantenimento o la generazione di difetti aggiuntivi”, ha aggiunto Jian Luo, professore alla UC San Diego che ha collaborato al progetto.

Xiaoyu Zheng, un assistente professore all’UCLA, ha concluso: “Siamo lieti di vedere il tempo di pirolisi ridotto da decine di ore a pochi secondi, preservando le sottili strutture stampate in 3D dopo una veloce sinterizzazione”. Lo studio di ricerca completo è stato pubblicato sulla rivista Science e può essere trovato qui.