Fogar keram och plast i kall sintring

2016-09-27 11:08  
Illustration av hur keramer, vita, och polymrer, gröna, sintrar vid låg temperatur när vatten, blått, förångas. Foto: Jennifer M. McCann/MRI Penn State

Med en ny metod är det möjligt att foga samman material som keramer och polymerer vid låga temperaturer. En keram kan framställas snabbare än ett pizzabak, och vid lägre temperatur, hävdar en forskare.

Keramer är ett av de äldsta material som människan har framställt, en historia som är tiotusentals år gammal. Traditionellt framställs keramer vid höga temperaturer i brännugnar, en teknik som kräver stora mängder energi.

- I dag när vi måste ta hänsyn till koldioxidutsläppen är det viktigt att se över framställningsprocesserna, säger professor Clive Randall vid Penn State university, som är ansvarig för den nya framställningsprocessen, kallad Cold Sintering Process, CSP.

Med metoden kan olika material sammanfogas i temperaturintervallet från rumstemperatur upp till 200 grader Celsius. Vissa material kan förtätas till 95 procent av sin potentiella täthet på 15 minuter.

- Vi kan nu framställa en keram på kortare tid än det tar att baka en pizza – och vid lägre temperatur, säger Clive Randall.

I en artikel i Advanced Functional Materials beskriver forskarna kallsintringstekniken vid sammanfogning av keramer och termoplaster. Tre sorters polymerer valdes som komplement för att ge keramiska produkter dess önskade egenskaper för ett mikrovågsdielektrikum, en elektrolyt och en halvledare. Kompositerna kunde sintras till hög täthet vid 120 grader Celsius på mellan 15 och 60 minuter.

I processen tillsätts några droppar vatten eller syralösning som löser upp den fasta ytan på partiklarna som ska sammanfogas. Med värme och tryck kan sedan partiklarna fogas samman. Hemligheten är att känna till den exakta kombinationen av fuktighet, tryck, värme och bearbetningstid.

För vissa kompositer behövs inte ens tryck, för andra krävs partiklar på nanonivå, och i vissa fall krävs en blandning av nanopartiklar och större.

Vid Penn State har forskarna nu börjat bygga upp ett bibliotek med uppgifter om vilka CSP-metoder som passar för olika materialkombinationer. Hittills finns 50 processer dokumenterade. Bland dessa finns keram-keramkompositer, keram-nanopartikelkompositer, keram- metall och keram-polymer kompositer.

Mer om forskningen i Advanced Functional Materials.

Håkan Abrahamson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Debatt