Smartphones que no se rayan ni se rompen. Marcapasos sin metal. Electrónica para el espacio y otros entornos hostiles. Todo esto podría ser posible gracias a una nueva tecnología de soldadura de cerámica desarrollada por un equipo de ingenieros de la Universidad de California en San Diegoy la Universidad de California Riverside.
El proceso, publicado en la edición del 23 de agosto de ciencia , utiliza un láser pulsado ultrarrápido para fundir materiales cerámicos a lo largo de la interfaz y fusionarlos. Funciona en condiciones ambientales y utiliza menos de 50 vatios de potencia láser, lo que lo hace más práctico que los métodos actuales de soldadura de cerámica que requieren calentar las piezas enun horno
Las cerámicas han sido fundamentalmente difíciles de unir entre sí porque necesitan temperaturas extremadamente altas para fundirse, exponiéndolas a gradientes de temperatura extrema que causan grietas, explicó el autor principal Javier E. Garay, profesor de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales en UC SanDiego, quien dirigió el trabajo en colaboración con el profesor de UC Riverside y el presidente de ingeniería mecánica Guillermo Aguilar.
Los materiales cerámicos son de gran interés porque son biocompatibles, extremadamente duros y resistentes a roturas, lo que los hace ideales para implantes biomédicos y carcasas protectoras para productos electrónicos. Sin embargo, los procedimientos actuales de soldadura cerámica no son propicios para la fabricación de tales dispositivos.
"En este momento no hay forma de encapsular o sellar componentes electrónicos dentro de la cerámica porque tendrías que poner todo el conjunto en un horno, lo que terminaría quemando la electrónica", dijo Garay.
La solución de Garay, Aguilar y sus colegas fue apuntar una serie de pulsos láser cortos a lo largo de la interfaz entre dos partes cerámicas para que el calor se acumule solo en la interfaz y cause una fusión localizada. Ellos llaman a su método de soldadura láser ultrarrápida pulsada.
Para que funcione, los investigadores tuvieron que optimizar dos aspectos: los parámetros del láser tiempo de exposición, número de pulsos de láser y duración de los pulsos y la transparencia del material cerámico. Con la combinación correcta, la energía del láser se acopla fuertementea la cerámica, lo que permite realizar soldaduras con poca potencia láser menos de 50 vatios a temperatura ambiente.
"El punto óptimo de los pulsos ultrarrápidos fue de dos picosegundos a la alta tasa de repetición de un megahercio, junto con un número total moderado de pulsos. Esto maximizó el diámetro de la masa fundida, minimizó la ablación del material y el enfriamiento temporizado justo para la mejor soldadura posible", Dijo Aguilar.
"Al enfocar la energía justo donde la queremos, evitamos establecer gradientes de temperatura en toda la cerámica, de modo que podamos encapsular materiales sensibles a la temperatura sin dañarlos", dijo Garay.
Como prueba de concepto, los investigadores soldaron una tapa cilíndrica transparente al interior de un tubo de cerámica. Las pruebas mostraron que las soldaduras son lo suficientemente fuertes como para contener el vacío.
"Las pruebas de vacío que utilizamos en nuestras soldaduras son las mismas pruebas que se utilizan en la industria para validar los sellos en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos", dijo el primer autor Elias Penilla, quien trabajó en el proyecto como investigador postdoctoral en el grupo de investigación de Garay enUC San Diego.
El proceso hasta ahora solo se ha utilizado para soldar piezas cerámicas pequeñas de menos de dos centímetros de tamaño. Los planes futuros incluirán la optimización del método para escalas más grandes, así como para diferentes tipos de materiales y geometrías.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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