Ученые придумали, как с помощью лазера создавать керамику, выдерживающую запредельные температуры. Такие материалы нужны в ядерной энергетике, космических кораблях и реактивных двигателях. Технология позволяет делать покрытия, плитки или сложные 3D-структуры — это открывает новые возможности для инженеров.

Результаты опубликованы в издании Journal of the American Ceramic Society.

Обычно керамику, например карбид гафния (HfC), получают в печах при температурах выше 2200 °C — процесс долгий и энергозатратный, — говорит Шерил Сюй, соавтор исследования и профессор механики в Университете Северной Каролины. — Наш метод быстрее, проще и экономичнее.

Вместо печи ученые используют 120-ваттный лазер. Он воздействует на жидкий полимерный прекурсор в вакууме или аргоновой среде, превращая его в твердую керамику. Технология работает в двух вариантах:

• Покрытия. Жидкий состав наносят на основу — например, углеродные композиты для гиперзвуковых ракет. Лазер спекает только верхний слой, не перегревая всю деталь.
• 3D-печать. Лазер послойно «рисует» деталь в ванне с полимером, сразу превращая его в керамику. Каждый слой выравнивается, и так — до готового изделия.

Лазер не просто спекает материал, — уточняет Сюй. — Сначала полимер затвердевает, потом становится керамикой. Но все происходит почти мгновенно.

В тестах метод дал чистый кристаллический HfC — впервые из жидкого прекурсора. Такая керамика не отслаивается от углеродных композитных поверхностей, что критично для теплозащиты ракетных сопел или тормозных дисков.

Плюсы технологии:

• Время спекания — секунды вместо часов.
• Энергии тратится меньше.
• Выход керамики — 50% против 20–40% у традиционных методов.
• Установка мобильнее промышленной печи.

Мы готовы сотрудничать с компаниями, чтобы внедрить эту технологию, — говорит Сюй.

Этот метод решает две ключевые проблемы: энергоэффективность и гибкость производства. Традиционные печи требуют колоссальных затрат энергии и ограничены в геометрии изделий. Лазерная спекание позволяет:

• Наносить термозащиту на хрупкие материалы без риска перегрева.
• Создавать сложные детали для аэрокосмоса с минимальными отходами.
• Ускорить R&D — тестировать новые составы керамики за часы, а не дни.

Особенно ценно для гиперзвуковых технологий, где каждый грамм и градус на счету.

Главный вопрос — масштабируемость. Пока метод испытывается в лаборатории на небольших образцах. Как поведет себя лазерная спекание при промышленных объемах? Например, равномерность свойств крупных деталей или стоимость аргоновых камер для массового производства.

Ранее ученые создали защитное покрытие из нанотрубок с керамикой.