Novo método de soldar cerâmica dispensa uso de forno

Método deve abrir caminho para uma série de produtos inovadores, como marca-passos sem metal ou smartphones que não ficam arranhados nem se despedaçam ao cair

Peça de cerâmica soldada pelo novo método: futuro muito promissor. Foto: Garay Lab/UCSD

Uma nova tecnologia para soldar cerâmica foi criada por engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD) e Riverside (UC Riverside). A inovação, que pode viabilizar produtos como smartphones que não ficam arranhados nem se despedaçam, marca-passos sem metal e novos produtos eletrônicos para uso no espaço e em outros ambientes extremos, foi divulgada hoje na revista “Science”.

O processo usa pulsos de laser ultrarrápidos para derreter materiais cerâmicos na interface e mesclá-los. Opera sob temperatura ambiente e utiliza menos de 50 watts de potência de laser. Isso o torna mais prático do que os métodos atuais para a soldagem de cerâmicas, que exigem que as peças sejam aquecidas em um forno.

As cerâmicas são essencialmente um teste para soldagem em conjunto, pois exigem temperaturas extremamente altas para derreter, o que as expõe a gradientes de temperatura extremos que causam rachaduras, explicou o autor sênior, Javier E. Garay, professor de engenharia mecânica e materiais da UCSD.

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“Atualmente, não há maneira de fechar ou selar componentes eletrônicos dentro da cerâmica, porque você teria de colocar todo o conjunto em um forno, que acabará por queimar a parte eletrônica”, disse Garay.

A solução da equipe foi direcionar uma série de pulsos de laser curtos ao longo da interface entre duas peças de cerâmica. Desse modo, o calor só se acumularia na interface e causaria o derretimento local.

Em busca do ponto ideal

Os pesquisadores levaram em conta fatores como a transparência do material e vários parâmetros do laser (tempo de exposição, número e duração dos pulsos). O ponto ideal maximizou o diâmetro do material fundido, minimizou a ablação (perda) do material e o resfriamento temporizado para a melhor soldagem possível.

“Ao concentrar a energia exatamente onde a queremos, evitamos a criação de gradientes de temperatura em toda a cerâmica, para que possamos envolver materiais sensíveis à temperatura sem danificá-los”, disse Garay.

Para testar o princípio, os pesquisadores soldaram uma tampa cilíndrica transparente no interior de um tubo de cerâmica. Exames mostraram que as soldas são fortes o suficiente para manter o vácuo.

Por enquanto, o processo foi usado apenas para soldar peças de cerâmica com menos de 2 centímetros de tamanho. Os planos futuros incluem a otimização do método para escalas maiores, bem como para diferentes tipos de materiais e geometrias.