Keramika má spoustu skvělých vlastností. Jejímu širšímu využití v elektronických zařízení ale prozatím bránila nutnost používat k svařování keramiky extrémně vysoké teploty. Nový postup s ultrarychlými laserovými pulzy to zvládne za pokojové teploty a přijatelné spotřeby energie.
Chytré telefony, které prakticky není možné poškrábat nebo rozbít. Kardiostimulátory bez kovu. Nebo třeba elektronika, která odolá vesmírnému prostoru i jiným podobně nepříjemným prostředím. Takové věci by teď mohla umožnit nová technologie sváření keramiky, kterou vyvinuli inženýři pod vedením odborníků americké University of California San Diego.
Když se to tak vezme, keramika je skvělým materiálem pro obaly elektroniky. Je pevná a odolná, chrání proti elektrickému proudu i horku, a zároveň je také biokompatibilní, takže může být součástí implantátů v lidském těle. Problém je s jejím svářením, či spojováním, které bývá při výrobě elektronických zařízení nezbytné. V dnešní době se keramika svařuje tak, že se příslušné součásti vloží do pece, kde jsou vystaveny extrémním teplotám. To s elektronikou pochopitelně není možné.
Javier E. Garay a jeho kolegové vymysleli nový postup pro svařování keramiky, který využívá ultrarychlé laserové pulsy. Laser působí na místa zamýšlených spojů a keramické součásti se při takovém lokalizovaném svařování skutečně spojí. Nová technologie funguje za pokojových podmínek a potřebuje laser o výkonu 50 wattů. Vzhledem k tomu je tento postup mnohem praktičtější než dosavadní svařování keramiky v peci.
Aby badatelé zajistili, že jejich nová metoda spojování keramiky bude fungovat, tak museli vyladit dvě klíčové věci. Jednak museli najít co nejvíce efektivní parametry použitého laseru, tedy potřebný čas k aplikaci laseru, počet laserových pulzů a délku jednotlivých pulzů. A pak také museli zajistit vhodnou průhlednost keramického materiálu. Nejlepších výsledků se svařováním keramiky dosáhli s ultrarychlými laserovými pulzy o délce 2 pikosekundy a frekvenci 1 MHz, při středním počtu použitých pulzů. Při tomto nastavení vznikají sváry keramiky o největším průměru, dochází k nejnižším ztrátám materiálu a probíhá svařování v nejlepší kvalitě.
Aby badatelé prokázali, že jejich postup funguje, tak ultrarychlými laserovými pulsy navařili průhledný keramický kryt ke keramické trubici. Následné testy poté ukázaly, že vytvořené sváry jsou natolik pevné, že vydrží i vakuum. Prakticky stejné testy s vakuem se přitom používají v průmyslové výrobě k ověřování pevnosti komponent elektronických a optoelektronických zařízení. Nový postup prozatím funguje pro svařování keramických komponent menších než 2 centimetry. Jeho tvůrci ale plánují tento postup optimalizovat i pro větší keramické komponenty, stejně jako pro jejich různé tvary i použité materiály.
Zdroj: UC San Diego