SBIR Phase I: Ultra High Temperature Microwave Processing of Ceramics

SBIR 第一阶段:陶瓷的超高温微波加工

基本信息

  • 批准号:
    0945692
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-01-01 至 2010-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Innovation Research Phase I project will develop microwave thermal containment packages for processing of ultrahigh temperature (UHT) nanomaterials using microwave energy. The Phase I work will also assess the strength and wear resistance of key materials processed with this method. Microwave work above 1800 °C is severely limited by lack of availability of suitable thermal packaging for microwave systems. Microwave processing offers low-cost, energy-efficient, and rapid fabrication for nano-powders and sintered products. Microwave heating has been demonstrated to yield fine grained products without the shape and size limitations of spark plasma sintering. This research will enable scientific exploration of these benefits for UHT materials by developing a set of thermal packages for reliable, reusable, UHT microwave processing. Using high temperature microwave frequency dielectric data, modeling, and laboratory experiments, packages will be designed and tested. These thermal packages will provide critical data to evaluate microwave processing at ultrahigh temperatures, as a prerequisite for the design and construction of commercial UHT microwave systems. In conjunction with Florida International University, we will sinter commercial silicon carbide powders, as well as mixtures of in-situ carbon nanotubes and silicon carbide.The broader impact/commercial potential of this project will be the development of ultrahigh temperature microwave processing systems. This technology will have a commercial impact in several industries, including aerospace, armor, thermal barrier coatings, and heat sinks. This is a largely unexplored area in materials science with the potential to harness the advantages of nanomaterials for high-performance structural applications. Microwave heating has the potential to open new markets for UHT products by lowering the cost of manufacturing. Microwave sintering is extremely energy efficient, reducing by over 50% the energy and carbon footprint of UHT materials manufacturing. The combination of scalability, freedom of geometry, and cost reduction differentiates microwave processing from competing technologies such as spark plasma sintering, hot pressing, and hot isostatic pressing. Much of the published UHT microwave research is difficult to validate or reproduce, and no commercially available solutions exist. This proposal will result in the generation and dissemination of new data on UHT microwave processing, which will further educate industrial professionals - as well as undergraduate and graduate students - in the innovative area of microwave materials processing.
这个小型企业创新研究第一阶段项目将开发用于利用微波能量加工超高温(UHT)纳米材料的微波热密封组件。第一阶段的工作还将评估用这种方法加工的关键材料的强度和耐磨性。由于缺乏适用于微波系统的热包装,1800°C以上的微波工作受到严重限制。微波处理为纳米粉末和烧结产品提供了低成本、高能效和快速制造。微波加热可以得到细晶的产品,而不受放电等离子烧结的形状和尺寸限制。这项研究将通过开发一套用于可靠、可重复使用的超高温微波处理的热包,使科学探索超高温材料的这些好处。使用高温微波频率介电数据、建模和实验室实验,将设计和测试封装。这些热包将为评估超高温下的微波处理提供关键数据,作为设计和建造商用UHT微波系统的先决条件。我们将与佛罗里达国际大学合作,烧结商业碳化硅粉末,以及原位碳纳米管和碳化硅的混合物。该项目的更广泛影响/商业潜力将是开发超高温微波处理系统。这项技术将在几个行业产生商业影响,包括航空航天、装甲、热障涂层和散热器。这在很大程度上是材料科学中一个未被探索的领域,具有利用纳米材料的优势用于高性能结构应用的潜力。通过降低制造成本,微波加热有可能为UHT产品打开新的市场。微波烧结具有极高的能效,可将UHT材料制造的能源和碳足迹减少50%以上。可伸缩性、几何形状的自由度和成本的降低相结合,使微波处理有别于放电等离子烧结、热压和热等静压等竞争技术。许多已发表的UHT微波研究很难验证或复制,也没有商业上可用的解决方案。这项建议将产生和传播关于超高温微波加工的新数据,这将进一步教育工业专业人员--以及本科生和研究生--在微波材料加工的创新领域。

项目成果

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