Saldatura tra vetro e metallo con nuovo laser ultraveloce

Al momento, gli oggetti e i prodotti fatti di vetro e metallo sono spesso tenuti insieme da adesivi, che sono difficili da applicare, inoltre le parti possono gradualmente scorrere o muoversi.

I metalli e il vetro allo stato liquido non sono miscibili, cioè non si mescolano in modo omogeneo, almeno in condizioni normali.

QUINDI: È POSSIBILE SALDARE INSIEME VETRO E METALLO

Per rispondere a questa domanda è necessario considerare alcuni aspetti tecnici sulla saldatura per fusione, la dilatazione termica, la scienza dei materiali, la bagnabilità, etc.

  • La saldatura per fusione produce un giunto in cui i materiali da unire vengono miscelati nella fase fusa e successivamente solidificati.
  • Il vetro è un ossido, tipicamente ossido di silicio ( SiO2) con forte legame ionico. Gli atomi di metallo liquido sono legati da legami metallici e condividono alcuni elettroni. Il vetro non ha elettroni da condividere per unirsi e mescolarsi con un metallo. Per miscelare o dissolversi in metallo liquido, il legame dell’ossigeno al silicio dovrebbe essere rotto da una reazione ionica più forte e quindi mescoleremmo solo il silicio e il metallo di base.
  • Inoltre, la densità del vetro è molto più bassa del metallo in forma liquida e galleggerebbe rapidamente sulla superficie metallica. Non si mescolerebbero comunque metallurgicamente, neppure se lo facessimo nello spazio!
  • Le diverse proprietà termiche (temperature e dilatazioni) comportano la rottura del vetro.

Fino a pochi giorni fa la saldatura tra vetro e metallo non è stata possibile, ma adesso ci sono delle novità interessanti…

IL PROCESSO INNOVATIVO

Gli scienziati dell’Università scozzese Heriot-Watt sono riusciti a saldare vetro e metallo grazie ad un nuovo sistema laser ultraveloce.

Questo processo innovativo si basa sugli impulsi incredibilmente brevi del laser. Gli impulsi durano solo pochi picosecondi (1 ps = 1 millesimo di miliardesimo di secondo).

Le parti da saldare sono state poste a stretto contatto e il laser è stato focalizzato; in questo modo il laser ha agito intensamente in un punto molto piccolo. È stata raggiunta una potenza altissima su un’area di pochi micron. Questo procedimento crea un microplasma, come un “piccolo fulmine” all’interno del materiale, circondato da una regione di fusione altamente limitata.

I ricercatori sono riusciti a saldare vari materiali come quarzo, vetro borosilicato e persino zaffiro, a metalli come acciaio inossidabile, titanio e alluminio.

Il Professor Duncan Hand, direttore della ricerca dichiara:

Essere in grado di saldare vetro e metalli insieme sarà un enorme passo avanti nella produzione e nella flessibilità del design. Abbiamo testato le saldature dai -50 °C ai 90 °C e le saldature sono rimaste intatte, quindi sappiamo che sono abbastanza robuste per far fronte a condizioni estreme.

Il Professor Hand e il suo team stanno lavorando insieme a specialisti del laser, con lo scopo di sviluppare un prototipo per il sistema di elaborazione laser e metterlo a punto per la commercializzazione.

Il progetto è finanziato da Innovate UK, l’Università Heriot-Watt di Edimburgo e contributi di alcuni partner industriali.

Questo nuovo processo potrebbe trasformare il settore manifatturiero e avere applicazioni dirette nel settore aerospaziale, della difesa, della tecnologia ottica e persino dei settori sanitari.

fonte: Heriot-Watt University

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