Новая технология дает возможность соединить керамику и пластмассы

06.10.2016, 04:59 Наука

Новая технология, разработанная исследователями Университета Пенсильвании, которая называется холодный процесс спекания (СКП), открывает возможность сочетания несовместимых материалов, такие как керамика и пластмассы, а также снизить затраты энергии на изготовление.

Керамика является самым старым известным рукотворным материалом. На протяжении долгого времени почти вся керамика делалась при нагревании до высоких температур, либо путем обжига в печах или спеканием керамических порошков, что требует большого количества энергии.

Ведущий разработчик Clive Randall говорит: «Выбросы углекислого газа и энергетический бюджет требуют переосмысления многих наших производственных процессов, в том числе керамики. Мало того, процесс при низкой температуре (от комнатной температуры до 200 градусов по Цельсию), способствует уплотнению некоторых материалов до более чем 95 процентов от их теоретической плотности в течение 15 минут. Таким образом, мы можем сделать керамику быстрее, чем вы сможете испечь пицца, и при более низких температурах».

Clive Randall и его коллеги разработали совместное спекание керамических и термопластичных полимерных композитов с использованием ПСУ. Три типа полимера были выбраны, чтобы дополнить свойства трех типов керамики — СВЧ диэлектрических, электролитных и полупроводниковых и подчеркнуть разнообразие применяемых материалов. Эти композитные материалы могут быть спекаются до высокой плотности при 120 градусов по Цельсию в течение от15 до 60 минут.

По данным исследователей, процесс включает в себя смачивание керамического порошка несколькими каплями воды или кислотного раствора. Ключом является знание о точном сочетании влажности, давления, тепла и времени, необходимом для реакции, когда материал полностью кристаллизуется и приобретате очень высокую плотность.

Инженеры начали создавать библиотеку точных методов, необходимых для использования различных материалов. Они включают в себя керамические композиты, керамо-наночастичные композиционные материалы, керамические металлы, а также керамические-полимеры. Другие области, которые в настоящее время открыты для применения ПСУ, включают в себя архитектурные материалы, такие как керамический кирпич, утепление, биомедицинские имплантаты и многих типов электронных компонентов.