Soldagem de cerâmica com laser pulsado ultrarrápido sem a necessidade de um forno - Ciência e Engenharia de Materiais

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quinta-feira, 26 de setembro de 2019

Soldagem de cerâmica com laser pulsado ultrarrápido sem a necessidade de um forno

Resumo: Atualmente na soldagem cerâmica, é necessário fundir o material em temperaturas elevadas, mas com um novo processo muito mais prático fazendo uso de laser, é possível faze-lo sem um custo energético elevado.
Os materiais cerâmicos atualmente são de grande interesse devido a suas múltiplas características, como biocompatibilidade, dureza e resistência a impactos, o que os fazem perfeitos para aplicações como implantes biomédicos e camadas protetoras para produtos eletrônicos, porém a tecnologia atual de soldagem de cerâmicas não permite fabricar esses dispositivos.

Para encapsular ou selar componentes eletrônicos dentro de uma cerâmica, haveria de colocar todo o material em um forno, o que terminaria queimando os eletrônicos.

Javier E. Garay, o autor principal, professor de engenharia mecânica e ciência e engenharia de materiais em U.C San Diego; Elias Penilla, o primeiro autor, pesquisador pós doutor no grupo de pesquisa também pertencente a U.C San Diego, em colaboração com Guillermo Aguilar, professor de U.C Riverside e coordenador de engenharia mecânica, conseguiram desenvolver um novo modo de soldar cerâmicas.

Concentrando lasers pulsados ultrarrápidos, se conseguiu fundir materiais cerâmicos simplesmente aquecendo a interface, causando uma fusão localizada em condições ambiente, usando uma potência de laser menor que 50 watts, o tornando em um método mais prático de soldagem cerâmica comparada aos que necessitam aquecer as peças em um forno, o que poderia encapsular materiais sensíveis a temperatura sem danifica-los. 

A combinação correta entre os parâmetros do laser (tempo de exposição, número de pulsos de laser e duração dos pulsos) e a transparência do material cerâmico, os quais foram otimizados, permitem realizar este tipo de soldagem.

Para demostrar essa teoria, os pesquisadores soldaram uma cobertura cilíndrica transparente no interior de um tubo cerâmico. Por enquanto, este método de soldagem cerâmica só foi utilizada em peças pequenas, menores de dois centímetros de tamanho. Portanto é desejável leva-lo a escalas maiores, assim como os diferentes materiais e geometrias.

Referência:
E. H. Penilla, L. F. Devia-Cruz, A. T. Wieg, P. Martinez-Torres, N. Cuando-Espitia, P. Sellappan, Y. Kodera, G. Aguilar, J. E. Garay. Ultrafast Laser Welding of CeramicsScience, 2019 DOI: 10.1126/science.aaw6699


Redação: Dennis Ordonez