01
Ponència Introducció
La ceràmica de zirconi estabilitzat amb ittria-(YSZ) s'utilitza àmpliament en camps d'enginyeria-com ara els recobriments de barrera tèrmica i la biomedicina-a causa del seu alt punt de fusió, duresa excepcional i excel·lent resistència a la corrosió. Les tècniques tradicionals d'unió de ceràmica (p. ex., soldadura forta i unió per difusió) solen requerir sotmetre tot el conjunt a un tractament tèrmic prolongat dins d'un forn d'-alta temperatura; aquest procés pot comprometre la funcionalitat dels components electrònics encapsulats internament, i la mida de les mostres que es processen està molt limitada per les dimensions de la cambra del forn. En conseqüència, hi ha una necessitat urgent de desenvolupar tècniques d'unió ràpides i localitzades caracteritzades per una baixa aportació tèrmica. Tot i que la soldadura làser ultraràpida ofereix l'avantatge diferent d'una aportació tèrmica extremadament baixa, la soldadura directa de la ceràmica YSZ produeix una deposició d'energia altament concentrada que provoca una ablació severa del material. Aquesta ablació es manifesta com a osques triangulars afilades, que indueixen concentracions importants d'estrès i, finalment, condueixen a una força de l'articulació substancialment inferior a la del material original.
02
**Visió general de text complet**
Per abordar els problemes crítics de l'ablació severa i la concentració d'estrès, aquest estudi proposa un nou mètode per a la soldadura per fusió de ceràmiques YSZ utilitzant un làser ultraràpid oscil·lant. En controlar el làser ultraràpid perquè oscil·li al llarg d'una trajectòria específica, aquesta tècnica amplia l'àrea d'interacció entre el làser i el substrat, dispersant així la densitat d'energia del làser a la interfície. Els resultats demostren que, en comparació amb la soldadura directa, la soldadura oscil·lant transforma les osques d'ablació nítides en osques llises, semblants a dits - i indueix la formació d'una estructura de gra columnar corbat dins de la zona de fusió, millorant així significativament les propietats mecàniques de l'articulació. A més, per superar el problema de la profunditat de penetració insuficient associada a la soldadura d'una-cara, aquest estudi va implementar amb èxit una tècnica de soldadura oscil·lant de doble-cara; aquest enfocament va aconseguir una soldadura d'-gruix total sense defectes de penetració incomplets, donant lloc a una millora substancial addicional de la resistència a la flexió de quatre-punts de la unió.
03
**Anàlisi il·lustrada**
La figura 1 il·lustra els principis del procés de la soldadura làser ultraràpida oscil·lant i els seus efectes beneficiosos sobre la macro- i micro-morfologia de les articulacions resultants. Durant el procés de soldadura, la mostra es col·loca en una plataforma de moviment de tres eixos-controlada per ordinador (XYZ); mentre que el raig làser travessa linealment al llarg de l'eix Y-, experimenta simultàniament una oscil·lació lateral al llarg de l'eix X- seguint una forma d'ona triangular (Figs. 1a i 1b). Aquesta redistribució d'energia mitjançant l'oscil·lació transforma les osques d'ablació triangulars-generades normalment durant la soldadura directa (no-oscil·lant) (Fig. 1-c1){-en osques més suaus, semblants a dits-(Fig{. 1c), mitigant així de manera efectiva la concentració d'estrès en aquests llocs. Pel que fa a la microestructura, l'acció d'agitació del làser oscil·lant a la piscina fosa indueix la formació d'estructures de gra columnar corbes dins de l'articulació, orientades paral·lelament a la trajectòria d'oscil·lació del làser (Fig . 1e). La morfologia de fractura de la zona de fusió (Regió II) (Fig. 1d) revela a més que, sota càrrega mecànica, aquests grans columnars ondulats i allargats tendeixen a fracturar-se al llarg dels seus límits de gra i plans d'escissió. A mesura que les esquerdes es propaguen al llarg d'aquests límits corbats de gra, es veuen obligades a alterar constantment la seva direcció; això augmenta significativament tant la superfície de propagació de l'esquerda com l'energia necessària per a la fractura, millorant així substancialment les propietats mecàniques de la junta.
La figura 2 il·lustra de manera exhaustiva les diferències microestructurals entre juntes produïdes mitjançant soldadura làser ultraràpida oscil·lant d'una-cara i de doble-cara, així com l'impacte d'aquestes diferències en la resistència a la flexió de quatre-punts. La figura 2a presenta la -secció transversal i la morfologia de fractura d'una unió soldada mitjançant la tècnica d'oscil·lació-d'un sol costat a una potència làser de 900 mW i una velocitat de soldadura de 0,1 mm/s. Com que la tècnica d'oscil·lació-única cara dispersa l'energia làser, la profunditat de fusió es redueix significativament; en conseqüència, no s'aconsegueix una soldadura de gruix total-, deixant diferents regions sense unir dins de la unió. Sota la càrrega aplicada, aquestes regions no penetrades desencadenen fortes concentracions d'estrès, limitant així qualsevol millora addicional en les propietats mecàniques de l'articulació. L'estratègia-de soldadura per oscil·lació de doble cara-introduïda específicament per superar aquest coll d'ampolla-ha demostrat ser molt eficaç. Tal com es mostra a la figura 2b, amb paràmetres de processament idèntics, la tècnica de soldadura de doble cara va aconseguir una fusió completa de l'articulació, eliminant eficaçment les concentracions d'estrès causades per les regions no unides i augmentant substancialment l'àrea d'unió efectiva de la unió. La comparació de propietats mecàniques que es presenta a la figura 2c proporciona una confirmació visual de l'augment significatiu de la força resultant d'aquestes millores morfològiques. Per a la soldadura d'una cara-, la resistència màxima de 53,9 MPa es va aconseguir a una velocitat de soldadura de 0,05 mm/s; per contra, quan s'utilitza la tècnica de soldadura a doble cara, es va aconseguir una resistència a la flexió màxima de 56,2 MPa a una velocitat de 0,10 mm/s-que representa una millora del 102,2% en comparació amb la soldadura directa. Això demostra de manera concloent els avantatges decisius de la soldadura oscil·lant de doble-cara per eliminar defectes interns i millorar el rendiment mecànic global de les juntes ceràmiques.
