Hitro Radiacijsko Sintranje 3D Tiskane Keramike
Oznaka in naziv projekta
N2-0301 Hitro reakcijsko sintranje 3D tiskane keramike
N2-0301 Rapid reaction sintering of 3D printed ceramics
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: izr. prof. Andraž Kocjan
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
dr. Petra Jenuš
dr. Aljaž Iveković
Ipeknaz Ozden
Aleksander Učakar
Darko Eterović
Vsebinski opis projekta
Vsebinski opis projekta
Tehnologija 3D-tiskanja ali aditivnega oblikovanja (AO) omogoča izdelavo napredne keramike z visoko geometrijsko kompleksnostjo in natančnostjo. S tem AO na novo definira funkcionalne zmožnosti natisnjenih keramičnih izdelkov ter naprav, ki jih lahko uporabimo v najsodobnejših avtomobilskih, vesoljskih, okolijskih in biomedicinskih aplikacijah. Ključni izziv pri konsolidaciji 3D-natisnjenih keramičnih komponent predstavlja sintranje, ki je časovno in energetsko zelo zahteven proces. Goste (brez por), finozrnate (submikrometrske) in homogene mikrostrukture keramičnih materialov lahko razvijemo samo z natančnim nadzorovanjem mehanizmov zgoščevanja in rasti zrn, ki potekata s počasno difuzijo snovi v trdnem pri visokih temperaturah. V poskusu skrajšanja časov in znižanja temperatur (energije) sintranja so bile razvite številne napredne tehnike sintanja, ki uporabljajo električna polja oziroma toke in/ali tlak (t.i., sintranje v električnem polju, sintranje z žarjenjem ali mrzlo sintranje). Vendar pa napredne tehnike sintranja so zaradi omenjenih mehanizmov omejene na sintranje vzorcev enostavnih, večinoma planarnih oblik, kar pa omejuje razvoj znanstvenega področja AO naprednih keramičnih materialov. Projekt RACER bo raziskoval vpliv intenzivne toplotne radiacija kot edinega vira za hitro segrevanje in zgoščevanje keramike. Na ta način RACER želi postaviti nova znanstvena načela razumevanja nekonvencionalnega razvoja keramične mikrostrukture pri konsolidaciji 3D-natisnjene napredne keramike in na ta način kontrolirati njihov mikrostrukturni razvoj na nanometrski skali. Predhodne raziskave prijavitelja projekta so pokazale, da lahko intenzivna toplotna radiacija sproži nemudno konsolidacijo (nano)delcev, na podlagi kompenzacije visoke proste površinske energije, kar omogoča njihov izjemno hitro zgostitev (v nekaj minutah) brez prisotnosti električnega polja/toka ali mehanskega tlaka. RACER želi preveriti znanstveno hipotezo, da ja mogoče razviti finozrnate in goste keramične mikrostrukture s pomočjo intenzivne toplotne radiacije, pri čemer slednja sproži »kvazi« difuzijske procese zgoščevanja, kot so drsenje, aglomeracija (preureditev) in združevanje nanodelcev v trdnem, podobno kot v koloidnih disperzijskih sistemih. Razumevanje in kontrola nekonvencionalnih mehanizmov zgoščevanja lahko spremeni paradigmo sintranja in znanosti o procesiranju keramike, kar bo omogočilo izdelavo visokozmogljivih in večnamenskih keramičnih 3D-natisnjenih (mikro)struktur. _
3D printing or additive manufacturing (AM) technology enables the fabrication of advanced ceramics with unprecedented geometrical complexity and accuracy, redefining new device functionalities needed in cutting-edge automotive, aerospace, environmental and biomedical applications. A crucial challenge to consolidate 3D-printed parts is represented by sintering, which is a time and energy intensive process. Dense (pore-free), fine-grained (sub-micron), homogeneous ceramic microstructures are targeted by controlling densification and grain growth mechanisms, driven by slow solid-state diffusion at high temperatures. In an attempt to reduce sintering time and temperature (energy), applied electrical fields and/or mechanical pressure (e.g. as in field-assisted, flash or cold sintering) have been implemented, but with the possibility to sinter simple, mostly planar geometries, thus limiting the scientific potential of 3D printing ceramic technologies. The RACER project will explore new scientific principles driving unconventional microstructural evolution employing thermal radiation as single source to consolidate 3D-printed ceramics with tailored microstructures at the nanoscale. Preliminary work of the PI has indicated that intense radiation can foster immediate (nano)particle consolidation to compensate their high surface free energy endowing rapid densification (within minutes) without the need of current nor mechanical pressure. It is hypothesized that radiation-based consolidation of fine-grain and dense microstructures is driven by genuine quasi-diffusionless interface dynamics, enhanced through sliding, agglomeration and coalescence of nanoparticles, as commonly observed in colloidal systems. Understanding the mechanisms involved during rapid radiation assisted sintering will open a revolutionary paradigm in ceramic processing science, enabling fabrication of high-performing structural and multifunctional ceramic 3D (micro)structures not yet attempted.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza
2. Faza
3. Faza