योगात्मक विनिर्माण
लेज़र-निर्मित सिरेमिक एयरोस्पेस में क्रांति ला सकते हैं
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एयरोस्पेस में सिरेमिक क्यों महत्वपूर्ण हैं
एयरोस्पेस सामग्री अक्सर दुर्लभ धातुओं का उपयोग करती हैं, उदाहरण के लिए, titanium, rhenium, iridium, या tungsten (इन प्रत्येक दुर्लभ तकनीकी धातुओं के लिए समर्पित निवेश रिपोर्ट के लिंक देखें)। यह विमानों और अंतरिक्ष यान के फ्रेम, टरबाइन, रिएक्टर निकास, और अन्य महत्वपूर्ण घटकों को उड़ान के लिए आवश्यक अत्यधिक स्थितियों में आवश्यक गर्मी और यांत्रिक तनाव के प्रतिरोध प्रदान करता है।
एक अन्य प्रकार की सामग्री जो उपयोग की जाती है, वह सिरेमिक है। ये सामग्री धातु से अलग होती हैं क्योंकि उनके प्रारंभिक घटक अक्सर सामान्य खनिज होते हैं। हालांकि, सही परिस्थितियों में निर्मित खनिजों का सही संयोजन असाधारण गुण प्रदान कर सकता है। उदाहरण के लिए, अधिकांश टाइलें जो अंतरिक्ष यान के वायुमंडल में पुनः प्रवेश के अत्यधिक गर्मी को संभाल सकती हैं, सिरेमिक से बनी होती हैं।
स्रोत: NASA
सिरेमिक सामग्री को धातु की तरह पिघलाया नहीं जाता, बल्कि सिन्टर किया जाता है, जो प्रक्रिया कांच के उत्पादन के समान अधिक होती है। केवल कुछ यौगिक जो पिघले/विट्रिफ़ाइड होते हैं, अनपिघले कणों को एक साथ रखते हैं।
स्रोत: Hengko
इसके अतिरिक्त, सिन्टरिंग के लिए कच्चे माल को ऐसे भट्ठी में रखना आवश्यक है जो कम से कम 2,200 °C (4000 °F) तक तापमान तक पहुंच सके। यह एक बहुत ऊर्जा-गहन और समय लेने वाली प्रक्रिया है।
नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी के चार शोधकर्ताओं ने संभवतः उच्च-प्रदर्शन एयरोस्पेस सिरेमिक के उत्पादन के लिए एक वैकल्पिक विधि खोजी है, जो लेज़रों का उपयोग करती है।
उन्होंने अपने निष्कर्षों को Journal of the American Ceramics Society^1 में प्रकाशित किया, शीर्षक “Synthesis of hafnium carbide (HfC) via one-step selective laser reaction pyrolysis from liquid polymer precursor” के तहत।
एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में UHTCs की भूमिका
परंपरागत सिरेमिक निर्माण क्यों असफल रहता है
अल्ट्रा-हाई-टेम्परेचर सिरेमिक (UHTCs) उन सामग्रियों का वर्ग है जो अत्यधिक वातावरण को सहन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, उनके असाधारण थर्मल स्थिरता, उच्च पिघलने बिंदु (>3000 °C), उच्च शक्ति, और ऑक्सीकरण तथा थर्मल शॉक के प्रतिरोध के कारण।
इन सामग्रियों में, हाफ़नियम कार्बाइड (HfC) सबसे आशाजनक उम्मीदवारों में से एक है, जिसका पिघलने बिंदु >3900 °C है, साथ ही मजबूत कठोरता, लोच और थर्मल चालकता भी।
दुर्भाग्यवश, HfC का उत्पादन अब तक कठिन रहा है और परिणामस्वरूप बहुत महंगा है। निरंतर गुणवत्ता वाले HfC का बड़े पैमाने पर उत्पादन विशेष रूप से समस्या रहा है, जहाँ महत्वपूर्ण माइक्रोस्ट्रक्चरल असंगतियों के कारण संरचनात्मक दोष उत्पन्न होते हैं।
नई तकनीकों पर विचार किया जा रहा है, विशेष रूप से भट्ठी-आधारित पॉलीमर-डेरिव्ड सिरेमिक (PDC), लेकिन वे केवल 11% से 21% तक की कम तरल-से-सिरेमिक उपज देती हैं।
इन उत्पादन समस्याओं के अलावा, ये विधियाँ एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3D प्रिंटिंग) के साथ संगत नहीं हैं। इसलिए वे केवल मोल्ड से बन सकने वाले सरल आकारों, जैसे बल्क, सिलिंड्रिकल, या क्यूबिक ज्योमेट्री, के साथ ही संगत हैं।
लेज़र सिन्टरिंग कैसे सिरेमिक उत्पादन को बदलती है
कई 3D प्रिंटिंग विधियाँ पहले से ही लेज़र का उपयोग जटिल आकार बनाने के लिए करती हैं, जो पारंपरिक मोल्डिंग और फोर्जिंग तकनीकों से असंभव होते हैं। यह जेट इंजन टरबाइन और रॉकेट इंजनों के उत्पादन को मूल रूप से बदल रहा है।
शोधकर्ताओं ने चयनात्मक लेज़र प्रतिक्रिया पायरोलिसिस (SLRP) विधि का उपयोग करने के बारे में विचार किया।
भट्ठी विधियों के कई चरणों के बजाय, यह एक ही चरण में पॉलीमर को सिरेमिक में परिवर्तित करने और पायरोलिसिस को सम्मिलित करता है।
तरल प्रीकर्सर को संरचना की सतह पर लगाया जा सकता है और फिर लेज़र के साथ सिन्टर किया जा सकता है।
प्रदर्शन में उपयोग किया गया लेज़र एक लेज़र के लिए अपेक्षाकृत शक्तिशाली है (एक 120W (CO2) गैस लेज़र), लेकिन हाफ़नियम कार्बाइड उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली पारंपरिक भट्ठियों की तुलना में बहुत कम ऊर्जा वाला है।
लेज़र प्रोसेसिंग के लिए सिरेमिक एडिटिव्स का परीक्षण
दो एडिटिव्स का भी परीक्षण किया गया कि क्या प्रक्रिया को और अधिक कुशल बनाया जा सकता है: डिक्यूमाइल पेरऑक्साइड (DCP), एक थर्मल सक्रियकर्ता; और बेंज़ोफेनोन (BZP), एक फोटो-एक्टिवेटर।
DCP का प्रभाव न्यूनतम रहा, जबकि BZP ऊर्जा परावर्तन को काफी कम करता है, जिससे प्रीकर्सर की इन्फ्रारेड ऊर्जा अवशोषण क्षमता बढ़ती है।
इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोस्कोप चित्रों ने सभी तापमान स्थितियों (1700 °C, 1800 °C, और 2000 °C) में गोलाकार और फेसटेड HfC कणों का समान वितरण दिखाया। उच्च तापमान पर बड़े कण क्लस्टर एक घने सिरेमिक का संकेत देते हैं।
“यह वह पहला अवसर है जिसके बारे में हमें पता है जहाँ किसी ने तरल पॉलीमर प्रीकर्सर से इस गुणवत्ता का HfC बनाने में सफल रहा है”
Cheryl Xu – प्रोफेसरमैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी में
लेज़र सिन्टरिंग बनाम भट्ठी: कौन बेहतर है?
ऊर्जा बचाने के अलावा, यहाँ विकसित लेज़र सिन्टरिंग बहुत अधिक कुशल है। भट्ठी-आधारित सिन्टरिंग अधिकतम लगभग 20%–40% क्रॉसलिंक्ड तरल-से-सिरेमिक उपज प्राप्त करती है, जबकि लेज़र-आधारित सिन्टरिंग लगभग 50%–55% उपज प्राप्त करती है।
यह भी बहुत तेज़ है, क्योंकि भट्ठियों को घंटों या कई दिनों तक लगते हैं, जबकि लेज़र कार्य को सेकंड या मिनट में पूरा करता है।
लेज़र का शिखर तापमान भी अधिक है, जिससे अधिक जटिल ज्योमेट्री, बेहतर कोटिंग, पतली फिल्में, और केवल एक चरण में कार्य संभव होता है।
“अंत में, हमारी तकनीक अपेक्षाकृत पोर्टेबल है। हाँ, इसे एक निष्क्रिय वातावरण में करना पड़ता है, लेकिन वैक्यूम चेंबर और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग उपकरण को ले जाना एक शक्तिशाली, बड़े पैमाने की भट्ठी को ले जाने से कहीं आसान है।”
Cheryl Xu – प्रोफेसरमैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी में
लेज़र-सिन्टर किए गए सिरेमिक के उभरते अनुप्रयोग
अब तक, HfC को केवल उन सब्सट्रेट्स पर लागू किया जा सकता था जो लंबे समय तक भट्ठी के अत्यधिक उच्च तापमान को सहन कर सकते थे।
यहाँ आविष्कृत लेज़र प्रक्रिया बहुत कम विनाशकारी है, जिससे संभावित अनुप्रयोगों का दायरा बहुत व्यापक हो जाता है।
“क्योंकि सिन्टरिंग प्रक्रिया को पूरी संरचना को भट्ठी की गर्मी के सामने लाने की आवश्यकता नहीं होती, नई तकनीक इस आशा को रखती है कि हम अल्ट्रा-हाई टेम्परेचर सिरेमिक कोटिंग्स उन सामग्रियों पर लागू कर सकें जो भट्ठी में सिन्टरिंग से क्षतिग्रस्त हो सकती हैं।”
Cheryl Xu – प्रोफेसरमैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी में
उदाहरण के लिए, लेज़र सिन्टरिंग का उपयोग कार्बन-फ़ाइबर-रिइन्फोर्स्ड कार्बन कंपोज़िट (C/C) पर उच्च-गुणवत्ता वाले HfC कोटिंग बनाने के लिए किया जा सकता है:
“C/C सब्सट्रेट्स पर HfC कोटिंग विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि, हाइपरसोनिक अनुप्रयोगों के अलावा, कार्बन/कार्बन संरचनाओं का उपयोग रॉकेट नोज़ल, ब्रेक डिस्क और एयरोस्पेस थर्मल प्रोटेक्शन सिस्टम जैसे नोज़ कोन और विंग लीडिंग एज में किया जाता है।”
Cheryl Xu – प्रोफेसरमैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी में
सिस्टम का छोटा आकार और पोर्टेबिलिटी तकनीकी संभावनाओं पर दीर्घकालिक प्रभाव डाल सकती है। उदाहरण के लिए, चंद्र या मंगल बेस पर एयरोस्पेस सामग्री का इन-सिटु उत्पादन अपेक्षाकृत छोटे और हल्के उपकरणों की आवश्यकता होगी।
लेज़र तकनीकों में निवेश
II-VI Marlow / Coherent: लेज़र तकनीक नेता
COHR मूल्य चार्ट
Coherent एक बड़ा औद्योगिक समूह है जिसमें 26,000+ कर्मचारी हैं और यह लेज़र तकनीक में अग्रणी है। यह उन्नत सामग्री II-VI (COHR ) Marlow और लेज़र निर्माता Coherent के विलय से बना है।
यह कंपनी लेज़रों, ऑप्टिक्स और फोटोनिक्स में उपयोग होने वाली उन्नत सामग्रियों जैसे इंडियम फॉस्फाइड, एपिटैक्सियल वेफ़र, और गैलियम आर्सेनाइड में विशेषज्ञ है।
यह पिछले दशक में कई अधिग्रहणों के कारण बड़े पैमाने पर बढ़ी, 2013 में $600M राजस्व से 2024 में $4.7B तक।
कंपनी की आय का 29% सीधे लेज़रों से आता है, जबकि बाकी भाग ऑप्टिकल फाइबर और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे संबंधित उपकरणों से जुड़ा है। इंस्ट्रूमेंटेशन श्रेणी मुख्यतः जीवन विज्ञान और चिकित्सा अनुप्रयोगों को शामिल करती है।
स्रोत: Coherent
कंपनी की थर्मोफोटovoltaics (जिस पर हमने पिछले लेख में चर्चा की थी), सिलिकॉन कार्बाइड, लेज़र और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसी उन्नत सामग्रियों में उपस्थिति उसे प्रिसिजन मैन्युफैक्चरिंग, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3D प्रिंटिंग), इलेक्ट्रिफिकेशन, और नवीकरणीय ऊर्जा जैसे संरचनात्मक रुझानों से लाभ उठाने में मदद करती है।
कंपनी ने हाल ही में अपने सिलिकॉन कार्बाइड व्यवसाय को एक नई इकाई में विभाजित किया है, जिसका 75% Coherent के पास है, और शेष भाग उसके साझेदारों Mitsubishi Electric (सिलिकॉन कार्बाइड पावर IP लाते हुए) और Denso (इलेक्ट्रिफिकेशन और पावर सेमीकंडक्टर में ऑटोमोटिव सप्लायर के रूप में अपनी गतिविधि लाते हुए) के बीच समान रूप से बँटा है।
यह इसलिए है क्योंकि सिलिकॉन कार्बाइड धीरे-धीरे अपनी स्वयं की तकनीक बन रहा है, जो मुख्यतः ईवी, बैटरियों, और नवीकरणीय ऊर्जा जैसे उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में उपयोग होता है।
Coherent LIDAR और 3D-डिजिटल सेंसरिंग में अग्रणी है, जिसमें स्व-ड्राइविंग अनुप्रयोग, बायोटेक Next Generation Sequencing (NGS) फ्लो सेल, और सेमीकंडक्टर निर्माण के लिए लेज़र शामिल हैं। यह अपने मुख्य बाजारों के 8-20% की वृद्धि की अपेक्षा करता है।
स्रोत: Coherent
लेज़रों के अन्य संभावित नए अनुप्रयोग जैसे डायरेक्ट एनर्जी वेपन्स, फोटोनिक कंप्यूटिंग, नाभिकीय फ्यूजन, और स्पेसटेक सभी कंपनी की दीर्घकालिक वृद्धि को बनाए रखने में समान रूप से मदद कर सकते हैं।
समग्र रूप से, Coherent उन निवेशकों के लिए “शुद्ध खेल” सार्वजनिक रूप से ट्रेडेड लेज़र कंपनी के सबसे करीब है जो इस क्षेत्र में रुचि रखते हैं, जिसमें मजबूत वर्टिकल इंटीग्रेशन और 3,100+ पेटेंट हैं जो उसके नवाचारों की रक्षा करते हैं।
नवीनतम Coherent (COHR) स्टॉक समाचार और विकास
उल्लेखित अध्ययन
1. halini Rajpoot, Kaushik Nonavinakere Vinod, Tiegang Fang, Chengying Xu. तरल पॉलीमर प्रीकर्सर से एक-चरण चयनात्मक लेज़र प्रतिक्रिया पायरोलिसिस द्वारा हाफ़नियम कार्बाइड (HfC) का संश्लेषण. Journal of the American Ceramics Society. 14 मई 2025https://doi.org/10.1111/jace.20650
