在核能技术、航天器和喷气发动机排气系统等尖端领域，材料常常需要承受超过2000°C的极端高温考验，需要用到可承受超高温的陶瓷，如碳化铪（HfC）。然而，传统的陶瓷涂层制造方法依赖巨型高温炉，能耗巨大且限制重重。近期，美国北卡罗来纳州立大学（NC State）的研究团队开发了一项名为选择性激光反应热解（以下简称“SLRP”）的激光新技术，为超高温陶瓷的制造带来了颠覆性的变革。

相关论文《通过液态聚合物前驱体一步选择性激光反应热解合成碳化铪》发表在《美国陶瓷学会杂志》。

烧结是将原材料（粉末或液体）转化为陶瓷材料的过程，传统制造超高温陶瓷的过程通常需要在至少2200°C 的高温下进行，依赖于大型高功率炉将材料烧结。“这不仅极其耗能，而且设备规模限制了可加工部件的尺寸和灵活性。”该研究论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程教授Cheryl Xu解释道。

研究团队采用新技术开辟了一条全新的路径：

激光替代火炉：研究团队使用一台功率仅为120瓦的激光器，在惰性气体环境（如真空或氩气）中，将激光束精确照射到一种液态的高分子前驱体表面。

高效转化：激光的能量首先将液态前驱体瞬间固化成固态聚合物；紧接着，激光产生的局部高温在几秒钟内就将固态聚合物直接热解转化为陶瓷。

一步到位：与传统粉末烧结或依赖紫外光固化的光固化立体光刻（SLA）技术不同，SLRP是一个纯粹的热驱动反应过程。它最大的突破在于无需后续的脱脂处理和高温烧结步骤，在单一步骤内就完成了从液体前驱体到最终陶瓷的转变。

SLRP技术展现出了显著的优势：

高效率与低能耗：相比2200°C以上的大型炉窑，120瓦激光器仅局部加热，能耗大大降低，整个陶瓷化过程仅需数秒。

高材料性能：实验证明，该方法能够直接合成出相纯度高的碳化铪（HfC）陶瓷，陶瓷转化率超过50%，显著优于传统粉末烧结。

精准可控：通过调整激光的能量密度，可以精确控制最终生成的陶瓷涂层的厚度。研究还发现，在液态前驱体中添加特定的热引发剂（如DCP）和光引发剂（如BZP），可以有效调控前驱体对激光能量的吸收路径和反应进程，为优化工艺提供了手段。

优异的防护性能：研究团队成功地将HfC陶瓷均匀地沉积在碳-碳复合材料（C/C）表面。C/C复合材料是高超音速飞行器前缘等极端热环境中的关键材料。生成的HfC涂层展现出优异的粘附性和热稳定性，为这些关键部件提供了可靠的超高温防护。

设计自由度高：该技术不仅可用于制备陶瓷涂层、陶瓷瓦片，还能制造复杂的三维结构。“这种技术为新一代高性能器件和工程系统的设计提供了更大的灵活性。”徐晨教授强调。

效率更高：　新型激光烧结技术在多个方面也比传统烧结技术效率更高。新技术能够在几秒或几分钟内制造出超高温陶瓷结构和涂层，而传统技术则需要几小时或几天的时间，由于激光烧结速度更快、高度局部化，因此能耗显著降低。此外，新方法产量更高。

SLRP技术的另一大亮点在于其模块化和可扩展性：

避免整体高温：由于只对需要成型的区域进行局部激光加热，无需将整个工件或基体材料置于高温炉中。这使得该技术特别适用于那些在传统高温烧结过程中容易受损的材料（如某些复合材料或精密部件）。

易于集成：“这项技术的最大优势之一是其模块化和可扩展性。”徐晨教授指出，“该系统可集成于现有的制造平台，实现数字化、分布式制造，为个性化设计和快速原型开发提供新的可能。”

这项由美国空军研究实验室（AFRL） 和制造技术推广组织（MTDG） 联合支持的突破性技术，在多个关键领域展现出巨大应用潜力：

航空航天：为高超音速飞行器的热防护系统（如机翼前缘、鼻锥）、火箭发动机喷管、燃烧室内衬等提供高效、可靠的超高温陶瓷涂层或复杂部件。

核能技术：制造能够耐受核反应堆极端高温和辐射环境的耐辐照陶瓷部件。

清洁能源：应用于高温能量转换系统、燃料电池等。

国防工业：满足先进武器系统对极端环境材料的需求。

“这项技术为极端环境下的陶瓷制造带来了重大突破，未来在航空航天、清洁能源、国防等关键领域发挥重要作用。” Dr. Xu 总结道。

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